論文の概要: Scalable fast benchmarking for individual quantum gates with local twirling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.10320v2
• Date: Thu, 9 Feb 2023 10:34:30 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-21 08:44:28.248400
• Title: Scalable fast benchmarking for individual quantum gates with local twirling
• Title（参考訳）: 局所回転を持つ個別量子ゲートのスケーラブル高速ベンチマーク
• Authors: Yihong Zhang, Wenjun Yu, Pei Zeng, Guoding Liu, Xiongfeng Ma
• Abstract要約: 本稿では,局所的なツイリングゲートのみを用いたキャラクタサイクルベンチマークプロトコルとキャラクタ平均ベンチマークプロトコルを提案する。 我々は,5量子ビット量子誤り訂正符号化回路であるクリフォードゲート(制御値$(TX)$)とクリフォードゲート(5量子ビット量子誤り訂正符号化回路)のプロトコルを数値的に示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7995166939620801
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: With the development of controllable quantum systems, fast and practical characterization for multi-qubit gates is essential for building high-fidelity quantum computing devices. The usual way to fulfill this requirement via randomized benchmarking asks for the complicated implementation of numerous multi-qubit twirling gates. How to efficiently and reliably estimate the fidelity of a quantum process remains an open problem. In this work, we propose a character-cycle benchmarking protocol and a character-average benchmarking protocol only using local twirling gates to estimate the process fidelity of an individual multi-qubit operation. Our protocols can characterize a large class of quantum gates including and beyond the Clifford group via the local gauge transformation, which forms a universal gate set for quantum computing. We numerically demonstrate our protocols for a non-Clifford gate -- controlled-$(TX)$ and a Clifford gate -- five-qubit quantum error-correcting encoding circuit. The numerical results show that our protocols can efficiently and reliably characterize the gate process fidelities. Compared with the cross-entropy benchmarking, the simulation results show that the character-average benchmarking achieves three orders of magnitude improvements in terms of sampling complexity.
• Abstract（参考訳）: 制御可能な量子システムの開発により、多ビットゲートの高速かつ実用的な特徴付けが高忠実性量子コンピューティングデバイスの構築に不可欠である。 ランダム化ベンチマークによってこの要求を満たす通常の方法は、多数のマルチキュービット・ツイリングゲートの複雑な実装を求めるものである。 量子過程の忠実度を効率的に確実に推定する方法は、未解決の問題である。 本研究では,局所的なツイリングゲートのみを用いたキャラクタサイクルベンチマークプロトコルとキャラクタ平均ベンチマークプロトコルを提案し,個々のマルチキュービット演算のプロセス忠実度を推定する。 我々のプロトコルは、局所ゲージ変換によってクリフォード群を含む量子ゲートの大規模なクラスを特徴付けることができ、量子コンピューティングの普遍ゲートセットを形成する。 非クリフォードゲート-制御された$(tx)$とクリフォードゲート -- 5量子ビットの量子誤り訂正符号化回路のプロトコルを数値的に示します。 その結果,本プロトコルはゲートプロセスの忠実度を効率よく,かつ確実に特徴付けることができることがわかった。 クロスエントロピーベンチマークと比較すると,キャラクタ平均ベンチマークはサンプリング複雑性の点で3桁の精度向上を実現している。

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