論文の概要: Quantifying fermionic nonlinearity of quantum circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.14599v4
• Date: Mon, 14 Nov 2022 17:22:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-06 09:43:59.042356
• Title: Quantifying fermionic nonlinearity of quantum circuits
• Title（参考訳）: 量子回路のフェルミオン非線形性の定量化
• Authors: Shigeo Hakkaku, Yuichiro Tashima, Kosuke Mitarai, Wataru Mizukami, Keisuke Fujii
• Abstract要約: フェルミオンハミルトニアンをシミュレートするために設計された量子回路の古典的シミュラビリティを定量化する。 誤差確率と原子間隔に依存すると、フェルミオンの非線形性が非常に小さい領域や統一領域が存在することが分かる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5658123802733283
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Variational quantum algorithms (VQAs) have been proposed as one of the most promising approaches to demonstrate quantum advantage on noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices. However, it has been unclear whether VQAs can maintain quantum advantage under the intrinsic noise of the NISQ devices, which deteriorates the quantumness. Here we propose a measure, called fermionic nonlinearity, to quantify the classical simulatability of quantum circuits designed for simulating fermionic Hamiltonians. Specifically, we construct a Monte Carlo type classical algorithm based on the classical simulatability of fermionic linear optics, whose sampling overhead is characterized by the fermionic nonlinearity. As a demonstration of these techniques, we calculate the upper bound of the fermionic nonlinearity of a rotation gate generated by four fermionic modes under the dephasing noise. Moreover, we estimate the sampling costs of the unitary coupled cluster singles and doubles quantum circuits for hydrogen chains subject to the dephasing noise. We find that, depending on the error probability and atomic spacing, there are regions where the fermionic nonlinearity becomes very small or unity, and hence the circuits are classically simulatable. We believe that our method and results help to design quantum circuits for fermionic systems with potential quantum advantages.
• Abstract（参考訳）: 変分量子アルゴリズム(VQA)は、ノイズのある中間スケール量子(NISQ)デバイス上で量子優位性を示す最も有望なアプローチの1つとして提案されている。 しかしながら、VQAsがNISQデバイス固有のノイズの下で量子優位性を維持することができるかどうかは不明であり、量子性は悪化する。 ここでは、フェルミオンハミルトニアンをシミュレートするために設計された量子回路の古典的シミュラビリティを定量化する、フェルミオン非線形性と呼ばれる尺度を提案する。 具体的には, サンプリングオーバーヘッドがフェルミオン非線形性によって特徴づけられるフェルミオン線形光学の古典的同時性に基づくモンテカルロ型古典アルゴリズムを構築する。 これらの手法の実証として, 4つのフェルミオンモードによって発生する回転ゲートのフェルミオン非線形性の上界を強調雑音下で計算する。 さらに,一元結合型クラスタシングルのサンプリングコストを推定し,劣化ノイズを受ける水素鎖の量子回路を2倍にする。 誤差確率と原子間隔に依存すると、フェルミオン非線形性が非常に小さくなり、一様になる領域が存在し、したがって回路は古典的にシミュレート可能である。 我々は,フェミオン系のための量子回路の設計に提案手法と結果が有効であると考えている。

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