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

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.02965v2
• Date: Wed, 30 Aug 2023 12:08:39 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-31 18:33:55.335716
• 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: 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。 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であるShadowQPTを開発した。 我々は、最大$n$ qubitsまでのIonQトラップイオンポストプロセスにおいて、PauliとCliffordの測定の両方を用いてShadowQPTを実装した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9208007322096533
• 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 ShadowQPT, a classical shadow method for quantum process tomography. We introduce two related formulations with and without ancilla qubits. ShadowQPT stochastically reconstructs the Choi matrix of the device allowing for an a-posteri classical evaluation of the device on arbitrary inputs with respect to arbitrary outputs. Using shadows we then show how to compute overlaps, generate all $k$-weight reduced processes, and perform reconstruction via Hamiltonian learning. These latter two tasks are efficient for large systems as the number of quantum measurements needed scales only logarithmically with the number of qubits. 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. We have implemented ShadowQPT using both Pauli and Clifford measurements on the IonQ trapped ion quantum computer for quantum processes up to $n=4$ qubits 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。 アンシラ量子ビットを伴わない2つの関連する定式化を導入する。 シャドウQPTは、任意の出力に対する任意の入力に対して、デバイスの後続の古典的な評価を可能にするデバイスのチェ行列を確率的に再構成する。 シャドウを使ってオーバーラップを計算する方法を示し、k$-weightの削減プロセスを生成し、ハミルトン学習による再構築を行います。 後者の2つのタスクは、量子測定に必要な数を量子ビット数と対数的にしかスケールしないため、大規模システムでは効率的である。 量子チャネルの復元精度を著しく向上させる一連の後処理技術やペア分解クリフォードシャドーの使用など、さらに多くの近似や改善がなされている。 我々は,n=4$ qubitsまでの量子プロセスのためのionqトラップイオン量子コンピュータのpauliとcliffordを用いてshadowqptを実装し,良好な性能を得た。

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