論文の概要: Quantum simulation of dissipative collective effects on noisy quantum
computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.11597v1
- Date: Thu, 27 Jan 2022 15:50:58 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-27 18:21:27.729082
- Title: Quantum simulation of dissipative collective effects on noisy quantum
computers
- Title（参考訳）: 雑音量子コンピュータにおける散逸集合効果の量子シミュレーション
- Authors: Marco Cattaneo, Matteo A. C. Rossi, Guillermo Garc\'ia-P\'erez,
Roberta Zambrini, Sabrina Maniscalco
- Abstract要約: 実量子コンピュータ上での散逸的集合現象の完全な量子シミュレーションを初めて行った。
量子シミュレーションは、最近導入された多重粒子衝突モデルに基づいている。
我々は,このアルゴリズムをIBM量子コンピュータ上で実装し,一対の量子ビット間の超輝度とサブ輝度をシミュレートする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Dissipative collective effects are ubiquitous in quantum physics, and their
relevance ranges from the study of entanglement in biological systems to noise
mitigation in quantum computers. Here, we put forward the first fully quantum
simulation of dissipative collective phenomena on a real quantum computer. The
quantum simulation is based on the recently introduced multipartite collision
model, which reproduces the action of a dissipative common environment by means
of repeated interactions between the system and some ancillary qubits. First,
we theoretically study the accuracy of this algorithm on near-term quantum
computers with noisy gates, and we derive some rigorous error bounds which
depend on the timestep of the collision model and on the gate errors. These
bounds can be employed to estimate the necessary resources for the efficient
quantum simulation of the collective dynamics. Then, we implement the algorithm
on some IBM quantum computers to simulate superradiance and subradiance between
a pair of qubits. Our experimental results successfully display the emergence
of collective effects in the quantum simulation. Finally, we analyze the noise
properties of the gates we employed in the algorithm by means of full process
tomography. Using the state-of-the-art tools for noise analysis in quantum
computers, we obtain the values of the average gate fidelity, unitarity and
diamond error, and we establish a connection between them and the accuracy of
the experimentally simulated state. Although the scaling of the error as a
function of the number of gates is favorable, we observe that reaching the
threshold for quantum fault tolerant computation is still orders of magnitude
away.
- Abstract（参考訳）: 散逸的集団効果は量子物理学においてユビキタスであり、その関連性は生物系における絡み合いの研究から量子コンピュータにおけるノイズ緩和まで幅広い。
ここでは,実量子コンピュータ上での散逸的集合現象の完全量子シミュレーションを初めて実施する。
量子シミュレーションは、最近導入された多部衝突モデルに基づいており、系といくつかの連接量子ビット間の繰り返し相互作用により、散逸的な共通環境の作用を再現する。
まず, 雑音ゲートを持つ短期量子コンピュータにおいて, このアルゴリズムの精度を理論的に検討し, 衝突モデルの時間ステップとゲート誤差に依存する厳密な誤差境界を導出する。
これらの境界は、集団力学の効率的な量子シミュレーションに必要な資源を推定するために用いられる。
次に,このアルゴリズムをibm量子コンピュータに実装し,量子ビット対間の超ラジアンスとサブラジアンスをシミュレートする。
我々の実験結果は量子シミュレーションにおける集団効果の出現をうまく表している。
最後に,本アルゴリズムで採用したゲートの雑音特性をフルプロセストモグラフィを用いて解析する。
量子コンピュータにおけるノイズ解析のための最先端のツールを用いて,平均ゲート忠実度,ユニタリティ,ダイヤモンド誤差の値を求め,それらの関係と実験的にシミュレーションされた状態の精度を確立する。
ゲート数の関数としての誤差のスケーリングは好ましいが、量子フォールトトレラント計算のしきい値に到達することは、依然として桁違いである。
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