論文の概要: A Theory of Direct Randomized Benchmarking
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.13853v1
- Date: Mon, 27 Feb 2023 14:53:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-28 15:11:08.775084
- Title: A Theory of Direct Randomized Benchmarking
- Title（参考訳）: 直接ランダム化ベンチマークの理論
- Authors: Anthony M. Polloreno and Arnaud Carignan-Dugas and Jordan Hines and
Robin Blume-Kohout and Kevin Young and Timothy Proctor
- Abstract要約: 直接RB実験の設計法を示し, 直接RBに関する2つの理論を提示する。
直接RB崩壊は1つの指数関数であり、崩壊速度はベンチマークされたゲートの平均値と等しいことを証明した。
2つ目の理論は、直接RBは一般的なゲート依存マルコフ誤差を経験するゲートに対して信頼できることを証明している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Randomized benchmarking (RB) protocols are widely used to measure an average
error rate for a set of quantum logic gates. However, the standard version of
RB is limited because it only benchmarks a processor's native gates indirectly,
by using them in composite $n$-qubit Clifford gates. Standard RB's reliance on
$n$-qubit Clifford gates restricts it to the few-qubit regime, because the
fidelity of a typical composite $n$-qubit Clifford gate decreases rapidly with
increasing $n$. Furthermore, although standard RB is often used to infer the
error rate of native gates, by rescaling standard RB's error per Clifford to an
error per native gate, this is an unreliable extrapolation. Direct RB is a
method that addresses these limitations of standard RB, by directly
benchmarking a customizable gate set, such as a processor's native gates. Here
we provide a detailed introduction to direct RB, we discuss how to design
direct RB experiments, and we present two complementary theories for direct RB.
The first of these theories uses the concept of error propagation or scrambling
in random circuits to show that direct RB is reliable for gates that experience
stochastic Pauli errors. We prove that the direct RB decay is a single
exponential, and that the decay rate is equal to the average infidelity of the
benchmarked gates, under broad circumstances. This theory shows that group
twirling is not required for reliable RB. Our second theory proves that direct
RB is reliable for gates that experience general gate-dependent Markovian
errors, using similar techniques to contemporary theories for standard RB. Our
two theories for direct RB have complementary regimes of applicability, and
they provide complementary perspectives on why direct RB works. Together these
theories provide comprehensive guarantees on the reliability of direct RB.
- Abstract（参考訳）: ランダム化ベンチマーク(RB)プロトコルは、量子論理ゲートのセットの平均エラー率を測定するために広く使われている。
しかし、RBの標準バージョンは、プロセッサのネイティブゲートのみを間接的にベンチマークし、合成$n$-qubit Cliffordゲートで使用することによって制限されている。
標準RBの$n$-qubit Clifford ゲートへの依存は、通常の合成 $n$-qubit Clifford ゲートの忠実度が$n$の増加とともに急速に減少するため、これを数量子状態に制限する。
さらに、標準rbはネイティブゲートのエラー率を推測するためによく用いられるが、clifford毎の標準rbのエラーをネイティブゲート毎のエラーに再スケーリングすることで、これは信頼できない外挿である。
Direct RBは、プロセッサのネイティブゲートなどのカスタマイズ可能なゲートセットを直接ベンチマークすることで、標準RBのこれらの制限に対処する手法である。
本稿では、直接RBの詳細な紹介、直接RB実験の設計方法、および直接RBに関する2つの相補的理論について述べる。
これらの理論の第一は、確率的なポーリ誤差を経験するゲートに対して直接rbが信頼できることを示すために、ランダム回路におけるエラー伝播やスクランブルの概念を用いる。
直接RB崩壊は1つの指数関数であり、広い状況下では、崩壊速度はベンチマークされたゲートの平均不完全性に等しいことを示す。
この理論は、信頼できるRBに対して群 twirling は必要ないことを示している。
2つ目の理論は、標準RBの現代理論と同様の手法を用いて、一般的なゲート依存マルコフ誤差を経験するゲートに対して直接RBが信頼できることを証明している。
直系RBの2つの理論は相補的適用性を持ち、直系RBがなぜ機能するのかを補完的に考察する。
これらの理論は直接RBの信頼性を包括的に保証する。
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