論文の概要: Quantum error mitigation for rotation symmetric bosonic codes with symmetry expansion

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.06164v2
• Date: Fri, 2 Dec 2022 12:35:34 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-19 18:37:44.701518
• Title: Quantum error mitigation for rotation symmetric bosonic codes with symmetry expansion
• Title（参考訳）: 対称展開を持つ回転対称ボゾン符号の量子誤差緩和
• Authors: Suguru Endo, Yasunari Suzuki, Kento Tsubouchi, Rui Asaoka, Kaoru Yamamoto, Yuichiro Matsuzaki, Yuuki Tokunaga
• Abstract要約: 雑音のない対称部分空間に仮想的に状態を投影する量子誤差緩和のクラスを提案する。 対称展開は光子損失の影響を劇的に抑制することを示す。 我々の新しい誤差軽減手法は、短期ボゾン量子コンピューティングパラダイムにおける計算精度を大幅に向上させる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2770822269241974
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The rotation symmetric bosonic code (RSBC) is a unified framework of practical bosonic codes that have rotation symmetries, such as cat codes and binomial codes. While cat codes achieve the break-even point in which the coherence time of the encoded qubits exceeds that of unencoded qubits, with binomial codes nearly approaching that point, the state preparation fidelity needs to be still improved for practical quantum computing. Concerning this problem, we investigate the framework of symmetry expansion, a class of quantum error mitigation that virtually projects the state onto the noise-free symmetric subspace by exploiting the system's intrinsic symmetries and post-processing of measurement outcomes. Although symmetry expansion has been limited to error mitigation of quantum states immediately before measurement, we successfully generalize symmetry expansion for state preparation. To implement our method, we use an ancilla qubit and only two controlled-rotation gates via dispersive interactions between the bosonic code states and the ancilla qubit. Interestingly, this method also allows us to virtually prepare the RSBC states only from easy-to-prepare states, e.g., coherent states. We also discuss that the conventional symmetry expansion protocol can be applied to improve the computation fidelity when the symmetries of rotation bosonic codes are unavailable due to low measurement fidelity. By giving comprehensive analytical and numerical arguments regarding the trace distance between the error-mitigated state and the ideal state and the sampling cost of quantum error mitigation, we show that symmetry expansion dramatically suppresses the effect of photon loss. Our novel error mitigation method will significantly enhance computation accuracy in the near-term bosonic quantum computing paradigm.
• Abstract（参考訳）: 回転対称ボソニック符号(英: rotation symmetric bosonic code、RSBC)は、猫符号や二項符号のような回転対称性を持つ実用ボソニック符号の統一的な枠組みである。 猫符号は、符号化された量子ビットのコヒーレンス時間が未符号化の量子ビットのコヒーレンス時間を超え、その点にほぼ近づいた二項符号を達成できるが、実用的な量子コンピューティングでは、状態準備忠実性は改善されなければならない。 この問題に関して,本システム固有の対称性を活用し,測定結果を後処理することにより,ノイズのない対称部分空間に仮想的に状態を投影する量子誤差緩和のクラスである対称性拡張の枠組みについて検討する。 対称性拡張は測定直前の量子状態の誤差緩和に限られているが、状態生成のための対称性拡張の一般化に成功した。 本手法の実装には,ボソニックコード状態とアンシラキュービット間の分散相互作用を通じて,アンシラキュービットと2つの制御回転ゲートのみを用いる。 興味深いことに、この手法によりRSBC状態は、例えばコヒーレントな状態からのみ仮想的に準備できる。 また,ローテーションボゾン符号の対称性が測定精度の低いため利用できない場合,従来の対称性拡張プロトコルを用いて計算精度を向上させることについても論じる。 誤差緩和状態と理想状態との間のトレース距離と量子誤差緩和のサンプリングコストに関する包括的・数値的な議論を行い、対称性拡大が光子損失の影響を劇的に抑制することを示した。 我々の新しい誤差軽減手法は、短期ボゾン量子コンピューティングパラダイムにおける計算精度を大幅に向上させる。

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