論文の概要: Scalable measures of magic resource for quantum computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.10061v4
• Date: Tue, 13 Dec 2022 12:37:53 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-16 03:34:38.028241
• Title: Scalable measures of magic resource for quantum computers
• Title（参考訳）: 量子コンピュータのためのスケーラブルな魔法の資源計測法
• Authors: Tobias Haug, M. S. Kim
• Abstract要約: 量子ビット数に依存しないサンプリングコストを持つ純量子状態に対するマジックリソースの効率的な測定方法を提案する。 古典的にシミュレート可能な安定化状態から、IonQ量子コンピュータ上の難解な量子状態への遷移を示す。
• 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: Non-stabilizerness or magic resource characterizes the amount of non-Clifford operations needed to prepare quantum states. It is a crucial resource for quantum computing and a necessary condition for quantum advantage. However, quantifying magic resource beyond a few qubits has been a major challenge. Here, we introduce efficient measures of magic resource for pure quantum states with a sampling cost that is independent of the number of qubits. Our method uses Bell measurements over two copies of a state, which we implement in experiment together with a cost-free error mitigation scheme. We show the transition of classically simulable stabilizer states into intractable quantum states on the IonQ quantum computer. For applications, we efficiently distinguish stabilizer and non-stabilizer states with low measurement cost even in the presence of experimental noise. Further, we propose a variational quantum algorithm to maximize our measure via the shift-rule. Our algorithm can be free of barren plateaus even for highly expressible variational circuits. Finally, we experimentally demonstrate a Bell measurement protocol for the stabilizer R\'enyi entropy as well as the Wallach-Meyer entanglement measure. Our results pave the way to understand the non-classical power of quantum computers, quantum simulators and quantum many-body systems.
• Abstract（参考訳）: 非安定化器性またはマジックリソースは、量子状態を作成するのに必要な非クリフォード演算の量を特徴付ける。 量子コンピューティングにとって重要なリソースであり、量子優位のために必要条件である。 しかし、数量子ビットを超える魔法資源の定量化は大きな課題である。 本稿では,量子ビット数に依存しないサンプリングコストで,純量子状態の魔法資源の効率的な測定手法を提案する。 提案手法では, コストフリーな誤差軽減手法を用いて, 実験で実装した状態の2コピー以上のベル計測を用いる。 古典的にシミュレート可能な安定化状態から、IonQ量子コンピュータ上の難解な量子状態への遷移を示す。 応用においては,実験ノイズの存在下でも,測定コストの低い安定化器と非安定化器を効率よく区別する。 さらに,シフトルールによる測度を最大化する変動量子アルゴリズムを提案する。 我々のアルゴリズムは、非常に表現力の高い変分回路であっても不毛高原から自由である。 最後に,安定化器R'enyiエントロピーとワラッハ・メイヤーエンタングルメント測定のためのベル測定プロトコルを実験的に実証した。 その結果,量子コンピュータ,量子シミュレータ,量子多体系の非古典的パワーを理解する方法が明らかになった。

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