論文の概要: Classical Shadows for Quantum Process Tomography on Near-term Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.02965v1
• Date: Wed, 6 Oct 2021 18:00:01 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-12 08:00:33.917672
• Title: Classical Shadows for Quantum Process Tomography on Near-term Quantum Computers
• Title（参考訳）: 量子コンピュータにおける量子プロセストモグラフィの古典的影
• Authors: Ryan Levy, Di Luo, Bryan K. Clark
• Abstract要約: 我々は、量子プロセストモグラフィーのための古典的なシャドウ手法、シャドウQPTを開発した。 任意の状態と異なる任意の状態における量子チャネルの出力との重なりを予測する方法を示す。 我々のアルゴリズムは、イオンQトラップイオン量子コンピュータ上でのパウリとクリフォードの測定によって実装されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum process tomography is a powerful tool for understanding quantum channels and characterizing properties of quantum devices. Inspired by recent advances using classical shadows in quantum state tomography[1], we have developed a classical shadow method, ShadowQPT, for quantum process tomography. ShadowQPT allows for the reconstruction of the Choi matrix for unitary and non-unitary processes including an efficient reconstruction of fixed-sized reduced processes; we also show how to predict the overlap between any arbitrary state and the output of the quantum channel on a different arbitrary state. We introduce both a scheme using ancilla qubits as well as a two-sided scheme with unitaries before and after the channel. A number of additional approximations and improvements are developed including the use of a pair-factorized Clifford shadow and a series of post-processing techniques which significantly enhance the accuracy for recovering the quantum channel. Both the theoretical scaling for large systems and the practicality of using shadow tomography on NISQ-era hardware are considered. Our algorithms have been implemented with both Pauli and Clifford measurements on the IonQ trapped ion quantum computer for quantum processes up to $n=4$ qubits (equivalent to the experimental complexity of $n=8$ qubits for quantum state tomography) and achieved good performance.
• Abstract（参考訳）: 量子プロセストモグラフィーは、量子チャネルを理解し、量子デバイスの特性を特徴づける強力なツールである。 量子状態トモグラフィにおける古典的影を用いた最近の進歩に触発されて,量子過程トモグラフィのための古典的影法shadowqptを開発した。 シャドウQPTは、固定サイズの縮小プロセスの効率的な再構成を含む一元的および非単元的プロセスに対するChoi行列の再構成を可能にし、任意の状態と異なる任意の状態における量子チャネルの出力との重なりを予測する方法を示す。 本稿では,ancilla qubitsを用いたスキームと,チャネル前後のユニタリを用いた双方向スキームについて紹介する。 量子チャネルの復元精度を著しく向上させる一連の後処理技術やペア分解クリフォードシャドーの使用など、さらに多くの近似や改善がなされている。 大規模システムの理論的スケーリングとNISQ時代のハードウェア上でのシャドウトモグラフィーの実用性について考察する。 提案アルゴリズムは,量子処理用イオン量子コンピュータIonQ(英語版)を用いて,最大$n=4$ qubits(量子状態トモグラフィ用$n=8$ qubitsの実験的複雑さと同程度)で実装され,良好な性能を示した。

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