論文の概要: Averaging gate approximation error and performance of Unitary Coupled Cluster ansatz in Pre-FTQC Era
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.04150v2
- Date: Wed, 24 Jul 2024 15:37:34 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-25 20:09:44.802075
- Title: Averaging gate approximation error and performance of Unitary Coupled Cluster ansatz in Pre-FTQC Era
- Title（参考訳）: 単位結合クラスタアンサッツのFTQC前における平均ゲート近似誤差と性能
- Authors: Kohdai Kuroiwa, Yuya O. Nakagawa,
- Abstract要約: フォールトトレラント量子計算(FTQC)は、雑音耐性のある方法で量子アルゴリズムを実装するために不可欠である。
FTQCでは、量子回路はフォールトトレラントの実装が可能な普遍ゲートに分解される。
本稿では,所定の量子回路に対するClifford+$T$分解誤差を非偏極雑音としてモデル化できることを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Fault-tolerant quantum computation (FTQC) is essential to implement quantum algorithms in a noise-resilient way, and thus to enjoy advantages of quantum computers even with presence of noise. In FTQC, a quantum circuit is decomposed into universal gates that can be fault-tolerantly implemented, for example, Clifford+$T$ gates. Here, $T$ gate is usually regarded as an essential resource for quantum computation because its action cannot be simulated efficiently on classical computers and it is experimentally difficult to implement fault-tolerantly. Practically, it is highly likely that only a limited number of $T$ gates are available in the near future. Pre-FTQC era, due to the constraint on available resources, it is vital to precisely estimate the decomposition error of a whole circuit. In this paper, we propose that the Clifford+$T$ decomposition error for a given quantum circuit containing a large number of quantum gates can be modeled as the depolarizing noise by averaging the decomposition error for each quantum gate in the circuit, and our model provides more accurate error estimation than the naive estimation. We exemplify this by taking unitary coupled-cluster (UCC) ansatz used in the applications of quantum computers to quantum chemistry as an example. We theoretically evaluate the approximation error of UCC ansatz when decomposed into Clifford+$T$ gates, and the numerical simulation for a wide variety of molecules verified that our model well explains the total decomposition error of the ansatz. Our results enable the precise and efficient usage of quantum resources in the early-stage applications of quantum computers and fuel further research towards what quantum computation can achieve in the upcoming future.
- Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子計算(FTQC)は、ノイズ耐性のある方法で量子アルゴリズムを実装するために不可欠であり、ノイズがあっても量子コンピュータの利点を享受する。
FTQCでは、量子回路は普遍ゲートに分解され、例えばClifford+$T$ゲートのようにフォールトトレラントに実装できる。
ここでは、$T$ gateは古典的コンピュータでは効率的に動作をシミュレートすることができず、フォールトトレラントな実装が実験的に困難であるため、一般に量子計算の必須資源とみなされる。
実際には、近い将来、限られた数のT$ゲートしか利用できない可能性が高い。
FTQC以前は、利用可能なリソースの制約のため、回路全体の分解誤差を正確に推定することが不可欠であった。
本稿では,多数の量子ゲートを含む所定の量子回路に対するClifford+$T$分解誤差を,回路内の各量子ゲートの分解誤差を平均化することにより,デポーラ化ノイズとしてモデル化できることを提案する。
我々は、量子コンピュータの量子化学への応用に使用されるユニタリ結合クラスタ(UCC)アンサッツを例に挙げてこれを実証する。
Clifford+$T$ゲートに分解した場合のUCCアンザッツの近似誤差を理論的に評価し,本モデルがアンザッツの総分解誤差をうまく説明していることを多種多様な分子の数値シミュレーションにより検証した。
この結果から,量子コンピュータの早期応用における量子資源の正確かつ効率的な利用が可能となり,今後の量子計算の実現に向けたさらなる研究が進められる。
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