論文の概要: Modelling noise in global Molmer-Sorensen interactions applied to
quantum approximate optimization
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.00133v2
- Date: Tue, 7 Nov 2023 19:28:59 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-09 20:26:46.979012
- Title: Modelling noise in global Molmer-Sorensen interactions applied to
quantum approximate optimization
- Title（参考訳）: 大域的モルマー・ソレンセン相互作用におけるモデリングノイズの量子近似最適化への応用
- Authors: Phillip C. Lotshaw, Kevin D. Battles, Bryan Gard, Gilles Buchs, Travis
S. Humble, and Creston D. Herold
- Abstract要約: トラップイオンに適用された多くの量子ビットモルマー-ソレンセン相互作用は、量子情報処理にユニークな機能を提供する。
そこで我々は,実験ノイズの4つの源の下で,多ビットMS相互作用を記述する物理モデルを構築した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0879626117219674
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Many-qubit M{\o}lmer-S{\o}rensen (MS) interactions applied to trapped ions
offer unique capabilities for quantum information processing, with applications
including quantum simulation and the quantum approximate optimization algorithm
(QAOA). Here, we develop a physical model to describe many-qubit MS
interactions under four sources of experimental noise: vibrational mode
frequency fluctuations, laser power fluctuations, thermal initial vibrational
states, and state preparation and measurement errors. The model parameterizes
these errors from simple experimental measurements, without free parameters. We
validate the model in comparison with experiments that implement sequences of
MS interactions on two $^{171}$Yb$^+$ ions. The model shows reasonable
agreement after several MS interactions as quantified by the reduced
chi-squared statistic $\chi^2_\mathrm{red} \approx 2$. As an application we
examine MaxCut QAOA experiments on three and six ions. The experimental
performance is quantified by approximation ratios that are $91\%$ and $83\%$ of
the optimal theoretical values. Our model predicts $0.93^{+0.03}_{-0.02}$ and
$0.95^{+0.04}_{-0.03}$, respectively, with disagreement in the latter value
attributable to secondary noise sources beyond those considered in our
analysis. With realistic experimental improvements to reduce measurement error
and radial trap frequency variations the model achieves approximation ratios
that are 99$\%$ of the optimal. Incorporating these improvements into future
experiments is expected to reveal new aspects of noise for future modeling and
experimental improvements.
- Abstract（参考訳）: 閉じ込められたイオンに適用される多量子m{\o}lmer-s{\o}rensen (ms) 相互作用は量子情報処理にユニークな機能を提供し、量子シミュレーションや量子近似最適化アルゴリズム (qaoa) などにも応用できる。
そこで我々は, 振動モード周波数変動, レーザパワー変動, 温度初期振動状態, 状態準備と測定誤差の4つの実験ノイズ源に基づく多ビットMS相互作用を記述する物理モデルを構築した。
モデルはこれらの誤差を、自由パラメータなしで単純な実験的な測定からパラメータ化する。
このモデルを2つの$^{171}$Yb$^+$イオン上でのMS相互作用のシーケンスを実装する実験と比較して検証する。
このモデルは、還元されたchi-二乗統計量$\chi^2_\mathrm{red} \approx 2$ によって定量化された複数のms相互作用の後、合理的な一致を示す。
応用として、3および6イオンのMaxCut QAOA実験について検討する。
実験性能は、最適理論値の9,1\%$と8,3\%$の近似比によって定量化される。
本モデルでは, それぞれ$0.93^{+0.03}_{-0.02}$と$0.95^{+0.04}_{-0.03}$とを予測し, 後者の値の相違点について検討した。
測定誤差とラジアルトラップ周波数の変動を低減するための現実的な実験的改善により、最適な99$\%の近似比が得られる。
これらの改善を将来の実験に取り入れることで、将来のモデリングと実験的改善のための新しいノイズの側面を明らかにすることが期待される。
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