論文の概要: Variational Quantum Optimization of Nonlocality in Noisy Quantum Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.02891v1
• Date: Thu, 5 May 2022 19:02:37 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-14 06:02:05.640550
• Title: Variational Quantum Optimization of Nonlocality in Noisy Quantum Networks
• Title（参考訳）: ノイズ量子ネットワークにおける非局所性の変分量子最適化
• Authors: Brian Doolittle, Tom Bromley, Nathan Killoran, Eric Chitambar
• Abstract要約: 量子ハードウェア上で量子ネットワークをシミュレートする変動量子最適化フレームワークを開発した。 ノイズの多い量子ネットワークにおける非局所性を最適化するために、ハイブリッドフレームワークを使用します。 長期的には、我々の変分量子最適化技術は古典的アプローチ以上のスケーリングを約束することを示している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.7468898363447654
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The inherent noise and complexity of quantum communication networks leads to challenges in designing quantum network protocols using classical methods. To address this issue, we develop a variational quantum optimization framework that simulates quantum networks on quantum hardware and optimizes the network using differential programming techniques. We use our hybrid framework to optimize nonlocality in noisy quantum networks. On the noisy IBM quantum computers, we demonstrate our framework's ability to maximize quantum nonlocality. On a classical simulator with a static noise model, we investigate the noise robustness of quantum nonlocality with respect to unital and nonunital channels. In both cases, we find that our optimization methods can reproduce known results, while uncovering interesting phenomena. When unital noise is present we find numerical evidence suggesting that maximally entangled state preparations yield maximal nonlocality. When nonunital noise is present we find that nonmaximally entangled states can yield maximal nonlocality. Thus, we show that variational quantum optimization is a practical design tool for quantum networks in the near-term. In the long-term, our variational quantum optimization techniques show promise of scaling beyond classical approaches and can be deployed on quantum network hardware to optimize quantum communication protocols against their inherent noise.
• Abstract（参考訳）: 量子通信ネットワークの固有ノイズと複雑性は、古典的手法を用いて量子ネットワークプロトコルを設計する際の課題に繋がる。 この問題に対処するために,量子ハードウェア上で量子ネットワークをシミュレートし,差分プログラミング技術を用いてネットワークを最適化する変分量子最適化フレームワークを開発した。 我々は、ノイズ量子ネットワークにおける非局所性を最適化するために、ハイブリッドフレームワークを使用する。 ノイズの多いIBM量子コンピュータでは、我々のフレームワークが量子非局所性を最大化する能力を示す。 静的ノイズモデルを用いた古典的シミュレータにおいて,ユニタリチャネルと非ユニタリチャネルに関して,量子非局所性の雑音ロバスト性について検討する。 どちらの場合も、我々の最適化手法は、興味深い現象を発見しながら、既知の結果を再現できる。 単位的ノイズが存在するとき、最大に絡み合った状態準備が最大非局所性をもたらすことを示す数値的証拠を見つける。 非単位ノイズが存在する場合、非最大絡み合った状態が最大非局所性をもたらす。 したがって, 変動量子最適化は, 量子ネットワークを短期的に設計するための実用的なツールであることを示す。 長期的には、我々の変分量子最適化技術は、古典的アプローチを超えてスケーリングする可能性を示し、量子ネットワークハードウェアにデプロイすることで、量子通信プロトコルを固有ノイズに対して最適化することができる。

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