論文の概要: Quantum Error Mitigation via Quantum-Noise-Effect Circuit Groups
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.13907v5
- Date: Mon, 22 Jan 2024 16:26:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-24 00:26:14.763926
- Title: Quantum Error Mitigation via Quantum-Noise-Effect Circuit Groups
- Title（参考訳）: 量子ノイズ効果回路群による量子エラー低減
- Authors: Yusuke Hama and Hirofumi Nishi
- Abstract要約: 短期量子コンピュータは、量子ノイズ効果に対して脆弱である。
従来の量子エラー訂正コードはそのようなデバイスには実装されていない。
量子計算誤差に対する量子誤差緩和(QEM)方式を提案する。
- 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: Near-term quantum computers have been built as intermediate-scale quantum
devices and are fragile against quantum noise effects, namely, NISQ devices.
Traditional quantum-error-correcting codes are not implemented on such devices
and to perform quantum computation in good accuracy with these machines we need
to develop alternative approaches for mitigating quantum computational errors.
In this work, we propose quantum error mitigation (QEM) scheme for quantum
computational errors which occur due to couplings with environments during gate
operations, i.e., decoherence. To establish our QEM scheme, first we estimate
the quantum noise effects on single-qubit states and represent them as groups
of quantum circuits, namely, quantum-noise-effect circuit groups. Then our QEM
scheme is conducted by subtracting expectation values generated by the
quantum-noise-effect circuit groups from that obtained by the quantum circuits
for the quantum algorithms under consideration. As a result, the quantum noise
effects are reduced, and we obtain approximately the ideal expectation values
via the quantum-noise-effect circuit groups and the numbers of elementary
quantum circuits composing them scale polynomial with respect to the products
of the depths of quantum algorithms and the numbers of register bits. To
numerically demonstrate the validity of our QEM scheme, we run noisy quantum
simulations of qubits under amplitude damping effects for four types of quantum
algorithms. Furthermore, we implement our QEM scheme on IBM Q Experience
processors and examine its efficacy. Consequently, the validity of our scheme
is verified via both the quantum simulations and the quantum computations on
the real quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 短期量子コンピュータは中規模量子デバイスとして構築されており、NISQデバイスという量子ノイズ効果に対して脆弱である。
従来の量子エラー訂正符号はそのようなデバイスでは実装されておらず、これらのマシンで精度良く量子計算を行うためには、量子計算エラーを緩和するための代替手法を開発する必要がある。
本研究では,ゲート操作中の環境との結合,すなわちデコヒーレンスによって発生する量子計算誤差に対する量子誤差緩和(qem)スキームを提案する。
まず1つの量子ビット状態における量子ノイズ効果を推定し、量子ノイズ効果回路群(quantum-noise-effect circuit group)として表現する。
次に、量子量子回路で得られた量子ノイズ効果回路群から生成した期待値を量子アルゴリズムに差し引いてQEM計算を行う。
その結果、量子ノイズ効果は減少し、量子ノイズ効果回路群と、量子アルゴリズムの深さとレジスタビットの数の積に対して多項式を拡大する基本量子回路の個数を介して、理想的な期待値が得られる。
qem法の有効性を数値的に示すため、4種類の量子アルゴリズムに対して振幅減衰効果下で量子ビットの雑音量子シミュレーションを行う。
さらに、IBM Q ExperienceプロセッサにQEM方式を実装し、その有効性について検討する。
その結果,本手法の有効性は実量子デバイス上での量子シミュレーションと量子計算の両方によって検証される。
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