論文の概要: Navigating the noise-depth tradeoff in adiabatic quantum circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.11245v2
- Date: Fri, 24 Mar 2023 09:45:29 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-27 18:30:56.400739
- Title: Navigating the noise-depth tradeoff in adiabatic quantum circuits
- Title（参考訳）: 断熱量子回路におけるノイズ・ディテールトレードオフの探索
- Authors: Daniel Azses, Maxime Dupont, Bram Evert, Matthew J. Reagor, Emanuele
G. Dalla Torre
- Abstract要約: 理想的な量子コンピュータでは、解の質は回路深さの増加とともに単調に向上する。
対照的に、現在のノイズの多いコンピュータの深さの増加は、より多くのノイズをもたらし、計算上の優位性を損なう。
このアルゴリズムは, ノイズの多い超伝導量子プロセッサ上に実装され, 回路深さに対する欠陥密度の依存性は予測された非単調な挙動に従うことが判明した。
- 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: Adiabatic quantum algorithms solve computational problems by slowly evolving
a trivial state to the desired solution. On an ideal quantum computer, the
solution quality improves monotonically with increasing circuit depth. By
contrast, increasing the depth in current noisy computers introduces more noise
and eventually deteriorates any computational advantage. What is the optimal
circuit depth that provides the best solution? Here, we address this question
by investigating an adiabatic circuit that interpolates between the
paramagnetic and ferromagnetic ground states of the one-dimensional quantum
Ising model. We characterize the quality of the final output by the density of
defects $d$, as a function of the circuit depth $N$ and noise strength
$\sigma$. We find that $d$ is well-described by the simple form
$d_\mathrm{ideal}+d_\mathrm{noise}$, where the ideal case $d_\mathrm{ideal}\sim
N^{-1/2}$ is controlled by the Kibble-Zurek mechanism, and the noise
contribution scales as $d_\mathrm{noise}\sim N\sigma^2$. It follows that the
optimal number of steps minimizing the number of defects goes as
$\sim\sigma^{-4/3}$. We implement this algorithm on a noisy superconducting
quantum processor and find that the dependence of the density of defects on the
circuit depth follows the predicted non-monotonous behavior and agrees well
with noisy simulations. Our work allows one to efficiently benchmark quantum
devices and extract their effective noise strength $\sigma$.
- Abstract（参考訳）: 断熱量子アルゴリズムは、所望の解に自明な状態をゆっくりと発展させることで計算問題を解決する。
理想的な量子コンピュータでは、解の質は回路深さの増加とともに単調に向上する。
対照的に、現在のノイズの多いコンピュータの深さの増加はより多くのノイズをもたらし、最終的には計算上の優位性を損なう。
最善のソリューションを提供する最適な回路深度は何か?
ここでは、1次元量子イジングモデルの常磁性と強磁性の基底状態の間を補間する断熱回路を調査してこの問題に対処する。
我々は、回路深さ$N$と雑音強度$\sigma$の関数として、欠陥密度$d$によって最終的な出力の品質を特徴づける。
d$ は単純形式 $d_\mathrm{ideal}+d_\mathrm{noise}$ でよく記述されており、理想的な場合 $d_\mathrm{ideal}\sim N^{-1/2}$ は Kibble-Zurek 機構によって制御され、ノイズコントリビューションは $d_\mathrm{noise}\sim N\sigma^2$ となる。
欠陥の数を最小化する最適なステップ数は$\sim\sigma^{-4/3}$となる。
このアルゴリズムを雑音超伝導量子プロセッサに実装し,回路の深さに対する欠陥密度の依存性が予測される非単調な挙動に従い,ノイズシミュレーションとよく一致することを示す。
我々の研究により、量子デバイスを効率的にベンチマークし、その効果的なノイズ強度を抽出できる。
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