論文の概要: Simulating large-size quantum spin chains on cloud-based superconducting quantum computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.09994v2
• Date: Fri, 23 Sep 2022 19:08:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-04 07:57:41.931064
• Title: Simulating large-size quantum spin chains on cloud-based superconducting quantum computers
• Title（参考訳）: クラウドベースの超伝導量子コンピュータ上での大規模量子スピンチェーンのシミュレーション
• Authors: Hongye Yu, Yusheng Zhao and Tzu-Chieh Wei
• Abstract要約: 我々は、IBMの超伝導量子コンピュータのいくつかで実行されるクラウドシミュレーションについて報告する。 現実化から抽出した基底状態エネルギーが期待値から小さい誤差に到達していることがわかった。 102量子ビットシステムを用いることで、1回路で最大3186個のCNOTゲートを適用できた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.46040036610482665
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum computers have the potential to efficiently simulate large-scale quantum systems for which classical approaches are bound to fail. Even though several existing quantum devices now feature total qubit numbers of more than one hundred, their applicability remains plagued by the presence of noise and errors. Thus, the degree to which large quantum systems can successfully be simulated on these devices remains unclear. Here, we report on cloud simulations performed on several of IBM's superconducting quantum computers to simulate ground states of spin chains having a wide range of system sizes up to one hundred and two qubits. We find that the ground-state energies extracted from realizations across different quantum computers and system sizes reach the expected values to within errors that are small (i.e. on the percent level), including the inference of the energy density in the thermodynamic limit from these values. We achieve this accuracy through a combination of physics-motivated variational Ansatzes, and efficient, scalable energy-measurement and error-mitigation protocols, including the use of a reference state in the zero-noise extrapolation. By using a 102-qubit system, we have been able to successfully apply up to 3186 CNOT gates in a single circuit when performing gate-error mitigation. Our accurate, error-mitigated results for random parameters in the Ansatz states suggest that a standalone hybrid quantum-classical variational approach for large-scale XXZ models is feasible.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは、古典的アプローチが失敗する大規模量子システムを効率的にシミュレートすることができる。 現在、いくつかの既存の量子デバイスには総量子ビット数が100以上あるが、その適用性はノイズやエラーに悩まされている。 したがって、これらのデバイスで大きな量子系がうまくシミュレートできる程度は不明確である。 本稿では,ibmの超伝導量子コンピュータ数台において,100量子ビットから2量子ビットまでの広い範囲のスピンチェーンの基底状態のシミュレーションを行うクラウドシミュレーションについて報告する。 異なる量子コンピュータおよびシステムサイズにわたる実現から抽出された基底状態エネルギーは、これらの値から熱力学的限界におけるエネルギー密度の推定を含む、小さな誤差(すなわちパーセントレベル)の範囲内で期待値に達することが判明した。 この精度は,ゼロノイズ外挿法における参照状態の使用を含む,物理学的動機付き変分アンサテイズと,効率的でスケーラブルなエネルギー測定および誤り軽減プロトコルを組み合わせることで達成する。 102量子ビットシステムを用いることで,ゲートエラー軽減を行う場合,最大3186個のCNOTゲートを単一回路に適用することができた。 アンザッツ状態のランダムなパラメータに対する正確な誤差緩和結果は、大規模XXZモデルに対するスタンドアロンの量子古典的変分法が実現可能であることを示唆している。

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