論文の概要: Impact of dynamics, entanglement, and Markovian noise on the fidelity of few-qubit digital quantum simulation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.04829v2
• Date: Fri, 18 Apr 2025 18:08:21 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-30 16:49:27.999943
• Title: Impact of dynamics, entanglement, and Markovian noise on the fidelity of few-qubit digital quantum simulation
• Title（参考訳）: 数量子ディジタル量子シミュレーションの忠実度に及ぼす力学, 絡み合い, マルコフ雑音の影響
• Authors: Max D. Porter, Ilon Joseph,
• Abstract要約: IBM-Q量子ハードウェアプラットフォーム上で実行される量子ソートゥースマップのハミルトンシミュレーション。 IBM-Q量子ハードウェアプラットフォーム上で実行される量子ソートゥースマップのデジタルハミルトンシミュレーション。 ゲートベースリンドブラッドノイズモデルでは, ゲート動作中の緩和と劣化の効果的な変化を捉えている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum algorithms have been proposed to accelerate the simulation of the chaotic dynamical systems that are ubiquitous in the physics of plasmas. Quantum computers without error correction might even use noise to their advantage to calculate the Lyapunov exponent by measuring the Loschmidt echo fidelity decay rate. For the first time, digital Hamiltonian simulations of the quantum sawtooth map, performed on the {IBM-Q} quantum hardware platform, show that the fidelity decay rate of a digital quantum simulation increases during the transition from dynamical localization to chaotic diffusion in the map. The observed error per \code{CNOT} gate increases by $1.5\times$ as the dynamics varies from localized to diffusive, while only changing the phases of virtual \code{RZ} gates and keeping the over-all gate count constant. A gate-based Lindblad noise model that captures the effective change in relaxation and dephasing errors during gate operation qualitatively explains the effect of dynamics on fidelity as being due to the localization and entanglement of the states created. Specifically, highly delocalized states that are entangled with random phases show an increased sensitivity to dephasing and, on average, a similar sensitivity to relaxation as localized states. In contrast, delocalized unentangled states show an increased sensitivity to dephasing but a lower sensitivity to relaxation. This gate-based Lindblad model is shown to be a useful benchmarking tool by estimating the effective Lindblad coherence times during \code{CNOT} gates and finding a consistent $2\text{--}3\times$ shorter $T_2$ time than reported for idle qubits. Thus, the interplay of the dynamics of a simulation with the noise processes that are active can strongly influence the overall fidelity decay rate.
• Abstract（参考訳）: プラズマ物理においてユビキタスなカオス力学系のシミュレーションを高速化するために量子アルゴリズムが提案されている。 誤り訂正のない量子コンピュータは、Lyapunov指数を計算するのにノイズを使うかもしれない。 IBM-Q}量子ハードウェアプラットフォーム上で実施された量子ソートゥースマップのデジタルハミルトンシミュレーションは、動的ローカライゼーションからカオス拡散への移行中にデジタル量子シミュレーションの忠実度減衰率が増加することを示した。 観測誤差は、仮想 \code{RZ} ゲートの位相を変更して全ゲート数を一定に保ちながら、局所化から拡散性に変化するため、$1.5\times$で増加する。 ゲート動作中の緩和と劣化の効果的な変化を捉えたゲートベースリンドブラッドノイズモデルでは、生成した状態の局所化と絡み合いによるフィリティに対するダイナミクスの効果を定性的に説明する。 特に、ランダムな位相に絡み合った高度に非局在化された状態は、嫌悪に対する感受性が高まり、平均すると、局所化された状態と同様の緩和に対する感受性が増す。 対照的に、非局在化された非絡み合った状態は、失語に対する感度が上昇するが、緩和に対する感度は低下する。 このゲートベースのリンドブラッドモデルは、符号{CNOT}ゲートにおける効果的なリンドブラッドコヒーレンス時間を推定し、アイドルキュービットの報告よりも短い$T_2$2\text{--}3\times$2\text{-}3\timesを求めることで、有用なベンチマークツールであることが示されている。 したがって、シミュレーションの力学とアクティブなノイズ過程との相互作用は、全体の忠実度減衰率に強く影響を与える。

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