論文の概要: Sample-efficient verification of continuously-parameterized quantum
gates for small quantum processors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.13074v3
- Date: Mon, 8 May 2023 12:43:05 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-10 00:53:54.043517
- Title: Sample-efficient verification of continuously-parameterized quantum
gates for small quantum processors
- Title（参考訳）: 小型量子プロセッサ用連続パラメータ量子ゲートのサンプル効率検証
- Authors: Ryan Shaffer, Hang Ren, Emiliia Dyrenkova, Christopher G. Yale, Daniel
S. Lobser, Ashlyn D. Burch, Matthew N. H. Chow, Melissa C. Revelle, Susan M.
Clark, Hartmut H\"affner
- Abstract要約: 小型量子プロセッサにおける量子ゲートのサンプル効率検証手法を実証する。
本手法により得られた忠実度推定は, クロスエントロピー・ベンチマークにより得られた忠実度推定よりも分散度が低いことを示す。
これは、ある所望の精度で忠実度損失を推定する際に、サンプル効率に実験的に関係する利点を与える。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Most near-term quantum information processing devices will not be capable of
implementing quantum error correction and the associated logical quantum gate
set. Instead, quantum circuits will be implemented directly using the physical
native gate set of the device. These native gates often have a parameterization
(e.g., rotation angles) which provide the ability to perform a continuous range
of operations. Verification of the correct operation of these gates across the
allowable range of parameters is important for gaining confidence in the
reliability of these devices. In this work, we demonstrate a procedure for
sample-efficient verification of continuously-parameterized quantum gates for
small quantum processors of up to approximately 10 qubits. This procedure
involves generating random sequences of randomly-parameterized layers of gates
chosen from the native gate set of the device, and then stochastically
compiling an approximate inverse to this sequence such that executing the full
sequence on the device should leave the system near its initial state. We show
that fidelity estimates made via this technique have a lower variance than
fidelity estimates made via cross-entropy benchmarking. This provides an
experimentally-relevant advantage in sample efficiency when estimating the
fidelity loss to some desired precision. We describe the experimental
realization of this technique using continuously-parameterized quantum gate
sets on a trapped-ion quantum processor from Sandia QSCOUT and a
superconducting quantum processor from IBM Q, and we demonstrate the sample
efficiency advantage of this technique both numerically and experimentally.
- Abstract（参考訳）: ほとんどの短期量子情報処理装置は、量子誤り訂正と関連する論理量子ゲートセットを実装することができない。
その代わり、量子回路はデバイスの物理的ネイティブゲートセットを使って直接実装される。
これらのネイティブゲートはしばしばパラメータ化(例えば回転角)を持ち、一連の操作を連続的に行うことができる。
パラメータの許容範囲を越えたゲートの正しい操作の検証は、これらのデバイスの信頼性に対する信頼を得るために重要である。
本研究では, 最大10量子ビットの小型量子プロセッサに対して, 連続パラメータ化量子ゲートのサンプル効率検証を行う手法を実証する。
この手順では、デバイスのネイティブゲートセットから選択したランダムにパラメータ化されたゲート層のランダムシーケンスを生成し、そのシーケンスに近似的な逆を確率的にコンパイルすることで、デバイス上の全シーケンスの実行が初期状態に近い状態になるようにする。
その結果,この手法による忠実度推定は,クロスエントロピーベンチマークによる忠実度推定よりもばらつきが低いことがわかった。
これにより、所望の精度で忠実度損失を推定する場合、サンプル効率に実験的に関連のある利点が得られる。
本稿では,sandia qscout のトラップイオン量子プロセッサと ibm q の超伝導量子プロセッサ上で連続的にパラメータ化された量子ゲートセットを用いて,この手法を実験的に実現し,数値的にも実験的にもサンプル効率の利点を実証する。
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