論文の概要: Benchmarking quantum logic operations relative to thresholds for fault tolerance

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.08786v4
• Date: Fri, 1 Dec 2023 22:51:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-06 02:13:30.001697
• Title: Benchmarking quantum logic operations relative to thresholds for fault tolerance
• Title（参考訳）: 耐故障性しきい値に対する量子論理演算のベンチマーク
• Authors: Akel Hashim, Stefan Seritan, Timothy Proctor, Kenneth Rudinger, Noah Goss, Ravi K. Naik, John Mark Kreikebaum, David I. Santiago, Irfan Siddiqi
• Abstract要約: 我々はゲートセットトモグラフィーを用いて、2量子ビット論理ゲートのセットの精度評価を行い、超伝導量子プロセッサ上でRCを研究する。 平均および最悪のエラー率はランダムにコンパイルされたゲートに対して等しいことを示し、ゲートセットの最大最悪のエラーは0.0197(3)である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.02171671840172762
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Contemporary methods for benchmarking noisy quantum processors typically measure average error rates or process infidelities. However, thresholds for fault-tolerant quantum error correction are given in terms of worst-case error rates -- defined via the diamond norm -- which can differ from average error rates by orders of magnitude. One method for resolving this discrepancy is to randomize the physical implementation of quantum gates, using techniques like randomized compiling (RC). In this work, we use gate set tomography to perform precision characterization of a set of two-qubit logic gates to study RC on a superconducting quantum processor. We find that, under RC, gate errors are accurately described by a stochastic Pauli noise model without coherent errors, and that spatially-correlated coherent errors and non-Markovian errors are strongly suppressed. We further show that the average and worst-case error rates are equal for randomly compiled gates, and measure a maximum worst-case error of 0.0197(3) for our gate set. Our results show that randomized benchmarks are a viable route to both verifying that a quantum processor's error rates are below a fault-tolerance threshold, and to bounding the failure rates of near-term algorithms, if -- and only if -- gates are implemented via randomization methods which tailor noise.
• Abstract（参考訳）: ノイズ量子プロセッサをベンチマークする現代の方法は、平均誤差率やプロセス不適合度を測定するのが一般的である。 しかし、フォールトトレラントな量子エラー補正のしきい値は、ダイヤモンド標準によって定義された最悪のケースエラー率という観点で与えられる。 この矛盾を解決する一つの方法は、ランダム化コンパイル(RC)のような手法を用いて量子ゲートの物理実装をランダム化することである。 本研究では、ゲートセットトモグラフィーを用いて、2ビット論理ゲートのセットの精度評価を行い、超伝導量子プロセッサ上でRCを研究する。 RC下では、ゲート誤差はコヒーレント誤差のない確率的パウリ雑音モデルによって正確に記述され、空間的に相関するコヒーレント誤差と非マルコフ誤差は強く抑制される。 さらに, ランダムにコンパイルされたゲートに対して, 平均および最悪のエラーレートが等しく, 最大最悪ケース誤差が0.0197(3)であることを示す。 その結果、ランダム化ベンチマークは、量子プロセッサのエラーレートがフォールトトレランス閾値以下であることを検証し、ノイズを調整できるランダム化手法によってゲートが実装されている場合に限り、短期的アルゴリズムの故障率を制限するための有効な方法であることが示されている。

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