論文の概要: Noise-assisted digital quantum simulation of open systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.14592v1
• Date: Tue, 28 Feb 2023 14:21:43 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-01 16:15:12.028046
• Title: Noise-assisted digital quantum simulation of open systems
• Title（参考訳）: オープンシステムのノイズ支援ディジタル量子シミュレーション
• Authors: Jos\'e D. Guimar\~aes, James Lim, Mikhail I. Vasilevskiy, Susana F. Huelga and Martin B. Plenio
• Abstract要約: 本稿では,量子デバイスの固有ノイズを利用して,オープンな量子システムのシミュレーションに必要な量子計算資源を削減する手法を提案する。 具体的には、量子回路におけるデコヒーレンス率を選択的に向上または低減し、開系力学の所望のシミュレーションを実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3124513975412255
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum systems are inherently open and subject to environmental noise, which can have both detrimental and beneficial effects on their dynamics. In particular, noise has been observed to enable novel functionalities in bio-molecular systems, making the simulation of their dynamics an important target for digital and analog quantum simulation. However, current quantum devices are typically noisy, limiting their computational capabilities. In this work, we propose a novel approach that leverages the intrinsic noise of a quantum device to reduce the quantum computational resources required for simulating open quantum systems. We achieve this by combining quantum noise characterization methods with quantum error mitigation techniques, which allow us to transform and control the intrinsic noise in a quantum circuit. Specifically, we selectively enhance or reduce decoherence rates in the quantum circuit to achieve the desired simulation of open system dynamics. We describe our methods in detail and report on the results of noise characterization and quantum error mitigation on real and emulated IBM Quantum computers. We also provide estimates of the experimental resource requirements for our techniques. We believe that this approach can pave the way for new simulation techniques in Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) devices, where their intrinsic noise can be harnessed to assist quantum computations.
• Abstract（参考訳）: 量子系は本質的に開放的であり、環境騒音の影響を受けやすい。 特に、ノイズは生体分子系の新しい機能を可能にするために観測され、そのダイナミクスのシミュレーションはデジタルおよびアナログ量子シミュレーションの重要なターゲットとなっている。 しかし、現在の量子デバイスは一般に騒がしく、計算能力に制限がある。 本研究では,量子デバイスの本質的な雑音を利用して,オープン量子システムのシミュレーションに必要な量子計算資源を削減する手法を提案する。 我々は,量子回路における固有雑音の変換と制御を可能にする量子雑音特性評価法と量子誤差緩和法を組み合わせることで,これを実現する。 具体的には,開放系力学の所望のシミュレーションを実現するために,量子回路のデコヒーレンス率を選択的に増減する。 提案手法を詳述し,実およびエミュレートされたIBM量子コンピュータ上でのノイズ特性と量子誤差低減の結果について報告する。 また,実験的な資源要求の見積もりも行っている。 我々は,本手法が,その固有雑音を利用して量子計算を補助する,ノイズ中規模量子(NISQ)デバイスにおける新しいシミュレーション手法の道を開くことができると考えている。

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