論文の概要: Constant-time one-shot testing of large-scale graph states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.11127v1
• Date: Wed, 26 Jan 2022 19:00:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-27 20:17:14.624739
• Title: Constant-time one-shot testing of large-scale graph states
• Title（参考訳）: 大規模グラフ状態の一定時間ワンショットテスト
• Authors: Hayata Yamasaki, Sathyawageeswar Subramanian
• Abstract要約: フォールトトレラントな測定ベースの量子計算(MBQC)は、量子計算を実現するための有望なスケーラブルなプラットフォームにつながる。 忠実度推定によるグラフ状態検証のための既存の最先端プロトコルでは、グラフ状態全体の多くのコピーを計測する必要がある。 本稿では, 特性試験理論に基づいて, 耐故障性MBQCのグラフ状態をテストするための効率的な代替フレームワークを構築した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.33024001730262
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Fault-tolerant measurement-based quantum computation (MBQC) with recent progress on quantum technologies leads to a promising scalable platform for realizing quantum computation, conducted by preparing a large-scale graph state over many qubits and performing single-qubit measurements on the state. With fault-tolerant MBQC, even if the graph-state preparation suffers from errors occurring at an unknown physical error rate, we can suppress the effect of the errors. Verifying graph states is vital to test whether we can conduct MBQC as desired even with such errors. However, problematically, existing state-of-the-art protocols for graph-state verification by fidelity estimation have required measurements on many copies of the entire graph state and hence have been prohibitively costly in terms of the number of qubits and the runtime. We here construct an efficient alternative framework for testing graph states for fault-tolerant MBQC based on the theory of property testing. Our test protocol accepts with high probability when the physical error rate is small enough to make fault-tolerant MBQC feasible and rejects when the rate is above the threshold of fault-tolerant MBQC. The novelty of our protocol is that we use only a single copy of the $N$-qubit graph state and single-qubit Pauli measurements only on a constant-sized subset of the qubits; thus, the protocol has a constant runtime independently of $N$. Furthermore, we can immediately use the rest of the graph state for fault-tolerant MBQC if the protocol accepts. These results achieve a significant advantage over prior art for graph-state verification in the number of qubits and the total runtime. Consequently, our work offers a new route to a fast and practical framework for benchmarking large-scale quantum state preparation.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラント測定に基づく量子計算(MBQC)は、近年の量子技術の発展に伴い、多くの量子ビット上で大規模なグラフ状態を作成し、その状態上で単一量子ビットの測定を行うことによって、量子計算を実現するための有望なスケーラブルなプラットフォームへと導かれる。 耐故障性MBQCでは、グラフ状態の準備が未知の物理誤差率で発生するエラーに悩まされたとしても、エラーの影響を抑えることができる。 グラフ状態の検証は、そのようなエラーがあってもMBQCを所望できるかどうかをテストするのに不可欠である。 しかしながら、問題として、忠実度推定によるグラフ状態検証のための既存の最先端プロトコルは、グラフ状態全体の多くのコピーの測定を必要としており、従って、キュービット数とランタイムの面では、非常にコストがかかる。 本稿では,特性テスト理論に基づくフォールトトレラントなmbqcに対して,グラフ状態をテストするための効率的な代替フレームワークを構築する。 本テストプロトコルは,フォールトトレラントなmbqcを実現するのに十分な誤差率の場合に高い確率で受理し,フォールトトレラントなmbqcの閾値を超えると拒否する。 我々のプロトコルの新規性は、$N$-qubitグラフ状態の単一コピーと、qubitsの一定サイズのサブセットにのみ、単一キュービットパウリ測定を使用することです。 さらに、プロトコルが受け入れられたら、グラフ状態の残りの部分をフォールトトレラントMBQCに即座に使用できます。 これらの結果は、キュービット数とトータルランタイムにおけるグラフ状態検証の先行技術よりも大きな優位性が得られる。 その結果、本研究は大規模量子状態準備のベンチマークを行うための、高速で実用的なフレームワークへの新たなルートを提供する。

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