論文の概要: Error-mitigated deep-circuit quantum simulation: steady state and relaxation rate problems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.09622v2
• Date: Fri, 19 Nov 2021 02:45:54 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-07 12:47:15.014382
• Title: Error-mitigated deep-circuit quantum simulation: steady state and relaxation rate problems
• Title（参考訳）: 誤差緩和深部回路量子シミュレーション:定常状態と緩和率問題
• Authors: Anbang Wang, Jingning Zhang, Ying Li
• Abstract要約: 閉量子系のディジタル量子シミュレーションは、トロッター誤差の蓄積に対して堅牢であることを示す。 本稿では,量子相転移臨界点近傍のスケーリング挙動に基づく新しい誤差軽減手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.762232147934851
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Deep-circuit quantum computation, like Shor's algorithm, is undermined by error accumulation, and near-future quantum techniques are far from adequate for full-fledged quantum error correction. Instead of resorting to shallow-circuit quantum algorithms, recent theoretical research suggests that digital quantum simulation (DQS) of closed quantum systems are robust against the accumulation of Trotter errors, as long as local observables are concerned. In this paper, we investigate digital quantum simulation of open quantum systems. First, we prove that the deviation in the steady state obtained from digital quantum simulation depends only on the error in a single Trotter step, which indicates that error accumulation may not be disastrous. By numerical simulation of the quantum circuits for the DQS of the dissipative XYZ model, we then show that the correct results can be recovered by quantum error mitigation as long as the error rate in the DQS is below a sharp threshold. We explain this threshold behavior by the existence of a dissipation-driven quantum phase transition. Finally, we propose a new error-mitigation technique based on the scaling behavior in the vicinity of the critical point of a quantum phase transition. Our results expand the territory of near-future available quantum algorithms and stimulate further theoretical and experimental efforts in practical quantum applications.
• Abstract（参考訳）: Shorのアルゴリズムのように深い回路量子計算はエラーの蓄積によって弱まり、近未来量子技術は本格的な量子誤り訂正には適していない。 最近の理論的研究は、浅い回路の量子アルゴリズムに頼る代わりに、閉じた量子系のデジタル量子シミュレーション(DQS)が、局所的な観測可能量に関する限り、トロッター誤差の蓄積に対して堅牢であることを示している。 本稿では,オープン量子システムのディジタル量子シミュレーションについて検討する。 まず,ディジタル量子シミュレーションにより得られた定常状態の偏差が,単一トロッターステップの誤差のみに依存することを証明し,誤差の蓄積が悲惨なものではないことを示す。 散逸xyzモデルのdqsに対する量子回路の数値シミュレーションにより、dqsの誤差率が鋭い閾値以下である限り、正しい結果が量子誤差緩和によって回復できることを示した。 このしきい値の挙動は、散逸駆動の量子相転移の存在によって説明される。 最後に,量子相転移の臨界点近傍のスケーリング挙動に基づく新しい誤差緩和手法を提案する。 その結果、近未来の量子アルゴリズムの領域を拡大し、実用的な量子応用におけるさらなる理論的および実験的取り組みを刺激する。

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