論文の概要: Benchmarking multi-qubit gates -- I: Metrological aspects
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.04330v2
- Date: Tue, 17 Jan 2023 18:27:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-23 03:26:04.282552
- Title: Benchmarking multi-qubit gates -- I: Metrological aspects
- Title（参考訳）: マルチキュービットゲートのベンチマーク --i:metrological aspects
- Authors: Bharath Hebbe Madhusudhana
- Abstract要約: 量子コンピュータにおけるハードウェアエラーのベンチマークは、最近大きな注目を集めている。
既存のデジタル量子コンピュータのベンチマークでは、大規模な量子回路上でのグローバルな忠実度が平均化されている。
削減されたChoi行列に基づいて,マルチキュービット量子ゲートに適した新しいフィギュア・オブ・メリットを開発した。
- 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: Accurate and precise control of large quantum systems is paramount to achieve
practical advantages on quantum devices. Therefore, benchmarking the hardware
errors in quantum computers has drawn significant attention lately. Existing
benchmarks for digital quantum computers involve averaging the global fidelity
over a large set of quantum circuits and are therefore unsuitable for specific
multi-qubit gates used in analog quantum operations. Moreover, average global
fidelity is not the optimal figure-of-merit for some of the applications
specific to multi-qubit gates and analog devices , such as the study of
many-body physics, which often use local observables. In this two-part paper,
we develop a new figure-of-merit suitable for multi-qubit quantum gates based
on the reduced Choi matrix of the operation. In the first part, we develop an
efficient, scalable protocol to completely characterize the reduced Choi
matrix. We identify two sources of sampling errors in measurements of the
reduced Choi matrix and we show that there are fundamental limits to the rate
of convergence of the sampling errors, analogous to the standard quantum limit
and Heisenberg limit. A slow convergence rate of sampling errors would mean
that we need a large number of experimental shots. We develop protocols using
quantum information scrambling, which has been observed in disordered systems
for e.g., to speed up the rate of convergence of the sampling error at state
preparation Moreover, we develop protocols using squeezed and entangled initial
states to enhance the convergence rate of the sampling error at measurement,
which results in a metrologically enhanced reduced process tomography protocol.
- Abstract（参考訳）: 大規模量子システムの正確かつ正確な制御は、量子デバイスにおいて実用的な利点を達成するために最重要である。
そのため、近年、量子コンピュータにおけるハードウェアエラーのベンチマークが注目されている。
既存のデジタル量子コンピュータのベンチマークでは、大規模な量子回路上でのグローバル忠実度を平均化し、そのためアナログ量子演算で使用される特定のマルチキュービットゲートには適さない。
さらに、平均的グローバル忠実度は、局所観測可能な多体物理学の研究など、マルチキュービットゲートやアナログデバイスに特有の応用のいくつかに最適ではない。
本稿では,演算の縮小したChoi行列に基づいて,マルチキュービット量子ゲートに適した新しい乗算器を開発する。
まず、削減されたChoi行列を完全に特徴付ける、効率的でスケーラブルなプロトコルを開発する。
縮小されたチョイ行列の測定においてサンプリング誤差の2つの源を同定し、標準量子極限とハイゼンベルク極限に類似したサンプリング誤差の収束率に根本的な制限が存在することを示す。
サンプリングエラーの緩やかな収束速度は、多数の実験ショットを必要とすることを意味します。
本研究では, 状態形成時のサンプリング誤差の収束率を早めるために, 量子情報スクランブルを用いたプロトコルを開発するとともに, 測定時のサンプリング誤差の収束率を高めるために, 圧縮および絡み合い初期状態を用いたプロトコルを開発し, メロジカルに拡張されたプロセストモグラフィプロトコルを実現する。
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