論文の概要: Benchmarking universal quantum gates via channel spectrum

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.02056v1
• Date: Thu, 5 Jan 2023 13:18:19 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-08 21:49:59.107387
• Title: Benchmarking universal quantum gates via channel spectrum
• Title（参考訳）: チャネルスペクトルによる普遍量子ゲートのベンチマーク
• Authors: Yanwu Gu, Wei-Feng Zhuang, Xudan Chai, Dong E. Liu
• Abstract要約: 本稿では,その雑音の多い量子チャネルの固有値から,プロセス忠実度などの対象量子プロセスの雑音特性を推定する手法を提案する。 我々の手法は普遍量子過程をベンチマークすることができ、多ビット量子プロセスにスケーラブルである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Noise remains the major obstacle to scalable quantum computation. Quantum benchmarking methods provide key information on noise properties for quantum processor calibration, quantum error mitigation, and quantum error correction. However, current benchmarking methods, such as randomized benchmarking or its variants, can only evaluate the performance of some particular subsets of quantum gates. Moreover, due to the randomization inherent in these protocols, the figure of merit they actually measure is not the fidelity of individual target gate but the average of the fidelities of some random circuit cycles incorporating the target. To overcome these limits, we propose channel spectrum benchmarking (CSB), a method to infer the noise properties of the target quantum process, such as process fidelity, from the eigenvalues of its noisy quantum channel. The noisy eigenvalues can be estimated by the circuits of control-free phase estimation in a state-preparation and measurement error-resilient manner. Our method can benchmark universal quantum processes and is scalable to many-qubit quantum processes. We demonstrate the performance of our method using simulated experiments, including the single-qubit Pauli rotations, 2-qubit fermionic simulation gates, a 3-qubit cycle implementing the Toffoli gate, and a 10-qubit cycle implementing the Ising Hamiltonian evolution operator. Our method will pave an important way for the development of cleaner and large-scale quantum devices.
• Abstract（参考訳）: ノイズはスケーラブルな量子計算の主要な障害である。 量子ベンチマーク法は、量子プロセッサの校正、量子エラー軽減、量子エラー訂正のためのノイズ特性に関する重要な情報を提供する。 しかし、ランダム化ベンチマークなどの現在のベンチマーク手法は、量子ゲートの特定のサブセットのパフォーマンスのみを評価することができる。 さらに、これらのプロトコルに固有のランダム化のため、実際に測定されるメリットの数字は、個々のターゲットゲートの忠実度ではなく、ターゲットを組み込んだランダム回路サイクルの忠実度の平均である。 これらの限界を克服するために,プロセス忠実度などの対象量子プロセスのノイズ特性を,ノイズのある量子チャネルの固有値から推定するチャネルスペクトルベンチマーク(CSB)を提案する。 このノイズ固有値は、状態準備および測定誤差回復方法で制御フリー位相推定回路によって推定できる。 我々の手法は普遍量子過程をベンチマークすることができ、多くの量子プロセスにスケーラブルである。 本手法は,1キュービットのパウリ回転,2キュービットのフェルミイオンシミュレーションゲート,トッフォリゲートを実装した3キュービットサイクル,イジング・ハミルトン進化演算子を実装した10キュービットサイクルを含むシミュレーション実験を用いて性能を示す。 本手法は,よりクリーンで大規模な量子デバイスの開発に重要な役割を果たす。

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