論文の概要: Purification-based quantum error mitigation of pair-correlated electron simulations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.10799v1
• Date: Wed, 19 Oct 2022 18:00:03 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-22 01:26:03.945816
• Title: Purification-based quantum error mitigation of pair-correlated electron simulations
• Title（参考訳）: ペア相関電子シミュレーションの精製に基づく量子誤差緩和
• Authors: T. E. O'Brien, G. Anselmetti, F. Gkritsis, V. E. Elfving, S. Polla, W. J. Huggins, O. Oumarou, K. Kechedzhi, D. Abanin, R. Acharya, I. Aleiner, R. Allen, T. I. Andersen, K. Anderson, M. Ansmann, F. Arute, K. Arya, A. Asfaw, J. Atalaya, D. Bacon, J. C. Bardin, A. Bengtsson, S. Boixo, G. Bortoli, A. Bourassa, J. Bovaird, L. Brill, M. Broughton, B. Buckley, D. A. Buell, T. Burger, B. Burkett, N. Bushnell, J. Campero, Y. Chen, Z. Chen, B. Chiaro, D. Chik, J. Cogan, R. Collins, P. Conner, W. Courtney, A. L. Crook, B. Curtin, D. M. Debroy, S. Demura, I. Drozdov, A. Dunsworth, C. Erickson, L. Faoro, E. Farhi, R. Fatemi, V. S. Ferreira, L. Flores Burgos, E. Forati, A. G. Fowler, B. Foxen, W. Giang, C. Gidney, D. Gilboa, M. Giustina, R. Gosula, A. Grajales Dau, J. A. Gross, S. Habegger, M. C. Hamilton, M. Hansen, M. P. Harrigan, S. D. Harrington, P. Heu, J. Hilton, M. R. Hoffmann, S. Hong, T. Huang, A. Huff, L. B. Ioffe, S. V. Isakov, J. Iveland, E. Jeffrey, Z. Jiang, C. Jones, P. Juhas, D. Kafri, J. Kelly, T. Khattar, M. Khezri, M. Kieferov\'a, S. Kim, P. V. Klimov, A. R. Klots, R. Kothari, A. N. Korotkov, F. Kostritsa, J. M. Kreikebaum, D. Landhuis, P. Laptev, K. Lau, L. Laws, J. Lee, K. Lee, B. J. Lester, A. T. Lill, W. Liu, W. P. Livingston, A. Locharla, E. Lucero, F. D. Malone, S. Mandra, O. Martin, S. Martin, J. R. McClean, T. McCourt, M. McEwen, A. Megrant, X. Mi, A. Mieszala, K. C. Miao, M. Mohseni, S. Montazeri, A. Morvan, R. Movassagh, W. Mruczkiewicz, O. Naaman, M. Neeley, C. Neill, A. Nersisyan, H. Neven, M. Newman, J. H. Ng, A. Nguyen, M. Nguyen, M. Y. Niu, S. Omonije, A. Opremcak, A. Petukhov, R. Potter, L. P. Pryadko, C. Quintana, C. Rocque, P. Roushan, N. Saei, D. Sank, K. Sankaragomathi, K. J. Satzinger, H. F. Schurkus, C. Schuster, M. J. Shearn, A. Shorter, N. Shutty, V. Shvarts, J. Skruzny, V. Smelyanskiy, W. C. Smith, R. Somma, G. Sterling, D. Strain, M. Szalay, D. Thor, A. Torres, G. Vidal, B. Villalonga, C. Vollgraff Heidweiller, T. White, B. W. K. Woo, C. Xing, Z. J. Yao, P. Yeh, J. Yoo, G. Young, A. Zalcman, Y. Zhang, N. Zhu, N. Zobrist, C. Gogolin, R. Babbush, and N. C. Rubin
• Abstract要約: 超伝導量子ビット量子プロセッサの最大20ドルキュービット上で、時間(エチョ検証)と空間(仮想蒸留)の2倍の量子リソースに基づく誤差軽減性能の比較を行った。 精度の低い手法より1～2桁の誤差の減少を観測する。 精製に基づく誤差軽減による顕著な向上にもかかわらず、古典的に難解な変分化学シミュレーションには、ハードウェアの大幅な改良が必要であることが判明した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5939007745452041
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: An important measure of the development of quantum computing platforms has been the simulation of increasingly complex physical systems. Prior to fault-tolerant quantum computing, robust error mitigation strategies are necessary to continue this growth. Here, we study physical simulation within the seniority-zero electron pairing subspace, which affords both a computational stepping stone to a fully correlated model, and an opportunity to validate recently introduced ``purification-based'' error-mitigation strategies. We compare the performance of error mitigation based on doubling quantum resources in time (echo verification) or in space (virtual distillation), on up to $20$ qubits of a superconducting qubit quantum processor. We observe a reduction of error by one to two orders of magnitude below less sophisticated techniques (e.g. post-selection); the gain from error mitigation is seen to increase with the system size. Employing these error mitigation strategies enables the implementation of the largest variational algorithm for a correlated chemistry system to-date. Extrapolating performance from these results allows us to estimate minimum requirements for a beyond-classical simulation of electronic structure. We find that, despite the impressive gains from purification-based error mitigation, significant hardware improvements will be required for classically intractable variational chemistry simulations.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングプラットフォームの開発における重要な尺度は、ますます複雑な物理システムのシミュレーションである。 フォールトトレラントな量子コンピューティングの前には、この成長を続けるためには堅牢なエラー軽減戦略が必要である。 本稿では,計算ステップストーンと完全に相関したモデルと,最近導入された 'パーフィケーションベース' エラー軽減戦略の検証を行う機会とを両立する高齢者ゼロ電子対部分空間内の物理シミュレーションについて検討する。 超伝導量子ビット量子プロセッサの最大20ドルキュービットに対して、時間(エチョ検証)や空間(仮想蒸留)の2倍の量子リソースに基づく誤差軽減性能の比較を行った。 精度の低い技術(例えばポストセレクション)より1～2桁の誤差の減少を観測し、システムサイズによって誤差軽減による利得が増大することを示した。 これらの誤り軽減戦略を利用することで、相関化学系に対する最も大きな変分アルゴリズムを実装できる。 これらの結果から,電子構造の超古典的シミュレーションにおける最小要件を推定することができる。 浄化に基づく誤差緩和による印象的な向上にもかかわらず、古典的に難解な変分化学シミュレーションには重要なハードウェア改善が必要であることが判明した。

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