論文の概要: Error-Mitigated Quantum Simulation of Interacting Fermions with Trapped Ions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.10436v1
• Date: Tue, 21 Feb 2023 04:27:30 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-22 16:25:25.537229
• Title: Error-Mitigated Quantum Simulation of Interacting Fermions with Trapped Ions
• Title（参考訳）: トラップイオンによる干渉フェルミオンの誤り緩和量子シミュレーション
• Authors: Wentao Chen, Shuaining Zhang, Jialiang Zhang, Xiaolu Su, Yao Lu, Kuan Zhang, Mu Qiao, Ying Li, Jing-Ning Zhang, and Kihwan Kim
• Abstract要約: 確率的エラーキャンセリング(PEC)は汎用的かつ体系的なプロトコルとして提案されている。 PECは2量子ビット系と超伝導多量子ビット系で試験されている。 最大4個のイオン量子ビットを用いてPECをベンチマークする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 17.707261555353682
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum error mitigation has been extensively explored to increase the accuracy of the quantum circuits in noisy-intermediate-scale-quantum (NISQ) computation, where quantum error correction requiring additional quantum resources is not adopted. Among various error-mitigation schemes, probabilistic error cancellation (PEC) has been proposed as a general and systematic protocol that can be applied to numerous hardware platforms and quantum algorithms. However, PEC has only been tested in two-qubit systems and a superconducting multi-qubit system by learning a sparse error model. Here, we benchmark PEC using up to four trapped-ion qubits. For the benchmark, we simulate the dynamics of interacting fermions with or without spins by applying multiple Trotter steps. By tomographically reconstructing the error model and incorporating other mitigation methods such as positive probability and symmetry constraints, we are able to increase the fidelity of simulation and faithfully observe the dynamics of the Fermi-Hubbard model, including the different behavior of charge and spin of fermions. Our demonstrations can be an essential step for further extending systematic error-mitigation schemes toward practical quantum advantages.
• Abstract（参考訳）: 量子誤差の軽減は、ノイズ-中間スケール-量子(nisq)計算における量子回路の精度を向上させるために広く研究されてきた。 様々なエラー軽減スキームの中で、確率的エラーキャンセル(PEC)は、多数のハードウェアプラットフォームや量子アルゴリズムに適用可能な汎用的で体系的なプロトコルとして提案されている。 しかし、pecはスパース誤差モデルを学習して、2量子系と超伝導マルチ量子系でしかテストされていない。 ここでは,最大4個のイオン量子ビットを用いてPECをベンチマークする。 ベンチマークでは、複数のトロッターステップを適用することで、スピンの有無に関わらず相互作用するフェルミオンのダイナミクスをシミュレートする。 誤差モデルをトモグラフィ的に再構成し、正の確率や対称性の制約といった他の緩和法を取り入れることで、シミュレーションの忠実性を高め、電荷とフェルミオンのスピンの異なる挙動を含むフェルミ・ハバードモデルのダイナミクスを忠実に観察することができる。 本実験は,系統的誤り緩和スキームを実用的量子効果へと拡張する上で不可欠なステップである。

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