論文の概要: High-fidelity realization of the AKLT state on a NISQ-era quantum processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.13840v1
• Date: Tue, 25 Oct 2022 08:51:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-21 16:04:54.859947
• Title: High-fidelity realization of the AKLT state on a NISQ-era quantum processor
• Title（参考訳）: NISQ型量子プロセッサにおけるAKLT状態の高忠実化
• Authors: Tianqi Chen, Ruizhe Shen, Ching Hua Lee, Bo Yang
• Abstract要約: 1次元のAKLTモデルは、トラップイオンとフォトニックシステムでのみ実験的に実現されている。 ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)時代の量子デバイス上で初めてAKLT状態が実現された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.86415192999408
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The AKLT state is the ground state of an isotropic quantum Heisenberg spin-$1$ model. It exhibits an excitation gap and an exponentially decaying correlation function, with fractionalized excitations at its boundaries. So far, the one-dimensional AKLT model has only been experimentally realized with trapped-ions as well as photonic systems. In this work, we realized the AKLT state on a noisy intermediate-scale quantum (NISQ) era quantum device for the first time. In particular, we developed a non-deterministic algorithm on the IBM quantum processor, where the non-unitary operator necessary for the AKLT state preparation is embedded in a unitary operator with an additional ancilla qubit for each pair of auxiliary spin-1/2's. Such a unitary operator is effectively represented by a parametrized circuit composed of single-qubit and nearest-neighbor $CX$ gates. Compared with the conventional operator decomposition method from Qiskit, our approach results in a much shallower circuit depth with only nearest-neighbor gates, while maintaining a fidelity in excess of $99.99\%$ with the original operator. By simultaneously post-selecting each ancilla qubit such that it belongs to the subspace of spin-up $|{\uparrow}\rangle$, an AKLT state is subsequently recorded by performing measurements on all the other physical qubits. We show how the accuracy of our implementation can be further improved on the IBM quantum processor with readout error mitigation.
• Abstract（参考訳）: AKLT状態は等方性量子ハイゼンベルクスピン-1$モデルの基底状態である。 励起ギャップと指数関数的に崩壊する相関関数を示し、その境界に分数化励起がある。 これまで1次元akltモデルは、閉じ込められたイオンとフォトニックシステムによってのみ実験的に実現されてきた。 本研究では,ノイズの多い中間スケール量子(nisq)時代の量子デバイスにおけるaklt状態が初めて実現された。 特に, aklt状態準備に必要な非ユニタリ演算子を, 補助スピン1/2のペア毎に追加のアンシラキュービットを持つユニタリ演算子に組み込む, ibm量子プロセッサ上の非決定論的アルゴリズムを開発した。 このようなユニタリ演算子は、シングルキュービットと最も近い$cx$ゲートからなるパラメトリズド回路によって効果的に表現される。 従来の Qiskit の演算子分解法と比較すると, 回路深度はより浅く, 隣り合うゲートしか持たないが, 元の演算子と99.99.%以上の忠実度を維持している。 スピンアップ$|{\uparrow}\rangle$のサブ空間に属するような各アンシラ量子ビットを同時に選択することにより、AKLT状態は、他の全ての物理量子ビットで測定を行うことによって記録される。 我々は、読み出し誤差を軽減したIBM量子プロセッサにおいて、実装の精度をさらに向上できることを示す。

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