論文の概要: Approximate Autonomous Quantum Error Correction with Reinforcement Learning

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.11651v2
• Date: Tue, 12 Sep 2023 16:57:14 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-13 17:38:58.352442
• Title: Approximate Autonomous Quantum Error Correction with Reinforcement Learning
• Title（参考訳）: 強化学習による近似型自律量子誤差補正
• Authors: Yexiong Zeng, Zheng-Yang Zhou, Enrico Rinaldi, Clemens Gneiting, Franco Nori
• Abstract要約: 自律量子誤り訂正(AQEC)は、工学的な散逸によって論理量子ビットを保護する。 単一光子損失がエラーの原因となるボソニック符号空間は、AQECの有望な候補である。 我々はKnill-Laflamme条件を緩和し,近似AQECのためのボソニック符号を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.015029887580199
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Autonomous quantum error correction (AQEC) protects logical qubits by engineered dissipation and thus circumvents the necessity of frequent, error-prone measurement-feedback loops. Bosonic code spaces, where single-photon loss represents the dominant source of error, are promising candidates for AQEC due to their flexibility and controllability. While existing proposals have demonstrated the in-principle feasibility of AQEC with bosonic code spaces, these schemes are typically based on the exact implementation of the Knill-Laflamme conditions and thus require the realization of Hamiltonian distances $d\geq 2$. Implementing such Hamiltonian distances requires multiple nonlinear interactions and control fields, rendering these schemes experimentally challenging. Here, we propose a bosonic code for approximate AQEC by relaxing the Knill-Laflamme conditions. Using reinforcement learning (RL), we identify the optimal bosonic set of codewords (denoted here by RL code), which, surprisingly, is composed of the Fock states $\vert 2\rangle$ and $\vert 4\rangle$. As we show, the RL code, despite its approximate nature, successfully suppresses single-photon loss, reducing it to an effective dephasing process that well surpasses the break-even threshold. It may thus provide a valuable building block toward full error protection. The error-correcting Hamiltonian, which includes ancilla systems that emulate the engineered dissipation, is entirely based on the Hamiltonian distance $d=1$, significantly reducing model complexity. Single-qubit gates are implemented in the RL code with a maximum distance $d_g=2$.
• Abstract（参考訳）: 自律的量子誤差補正(autonomous quantum error correction, aqec)は、設計された散逸によって論理量子ビットを保護する。 ボソニック符号空間は単一光子損失が主要なエラー源であり、その柔軟性と制御性のために aqec の候補として有望である。 既存の提案では、AQECがボソニックな符号空間で実現可能であることを示したが、これらのスキームは通常、Knill-Laflamme条件の正確な実装に基づいているため、ハミルトン距離を$d\geq 2$で実現する必要がある。 このようなハミルトン距離を実装するには、複数の非線形相互作用と制御場が必要である。 本稿では,ニールラフラム条件を緩和して近似 aqec のボソニック符号を提案する。 強化学習(RL)を用いて、Fock状態の$\vert 2\rangle$と$\vert 4\rangle$からなる最適なボソニックなコードワード(ここではRLコードで記述する)を同定する。 我々が示すように、rlコードは、近似的な性質にもかかわらず、単一光子損失を効果的に抑制し、断続的なしきい値を大きく超える効果的な減光プロセスに還元する。 したがって、完全なエラー保護に向けた価値あるビルディングブロックを提供するかもしれない。 エンジニアリングされた散逸をエミュレートするアシラシステムを含む誤り訂正ハミルトンは、ハミルトン距離$d=1$に基づいており、モデルの複雑さを著しく減少させる。 シングルキュービットゲートは、最大距離$d_g=2$のRL符号で実装される。

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