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

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.14592v3
• Date: Wed, 26 Jul 2023 13:37:56 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-27 16:04:07.088118
• 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,オープン量子システムのシミュレーションに必要な計算資源を削減するために,量子デバイス固有のノイズを利用する新しい手法を提案する。 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 susceptible to environmental noise, which can have both detrimental and beneficial effects on their dynamics. This phenomenon has been observed in bio-molecular systems, where noise enables novel functionalities, making the simulation of their dynamics a crucial target for digital and analog quantum simulation. Nevertheless, the computational capabilities of current quantum devices are often limited due to their inherent noise. In this work, we present a novel approach that capitalizes on the intrinsic noise of quantum devices to reduce the computational resources required for simulating open quantum systems. Our approach combines quantum noise characterization methods with quantum error mitigation techniques, enabling us to manipulate 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 provide a detailed description of our methods and report on the results of noise characterization and quantum error mitigation experiments conducted on both real and emulated IBM Quantum computers. Additionally, we estimate the experimental resource requirements for our techniques. Our approach holds the potential to unlock new simulation techniques in Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) devices, harnessing their intrinsic noise to enhance quantum computations.
• Abstract（参考訳）: 量子系は本質的にオープンであり、環境騒音に影響を受けやすいため、その力学に有害で有益な効果がある。 この現象は、ノイズが新しい機能を可能にする生体分子系で観察され、そのダイナミクスのシミュレーションが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。 それにもかかわらず、現在の量子デバイスの計算能力は、その固有のノイズのため、しばしば制限される。 本研究では,オープンな量子システムのシミュレーションに必要な計算資源を削減するために,量子デバイス固有のノイズを利用する新しい手法を提案する。 提案手法は,量子ノイズ特性法と量子誤差緩和法を組み合わせることで,量子回路における固有ノイズの操作と制御を可能にする。 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。 本手法の詳細を述べるとともに、実およびエミュレートされたibm量子コンピュータで実施したノイズキャラクタリゼーションおよび量子誤差軽減実験の結果について報告する。 さらに,本手法の実験的資源要件を推定する。 提案手法では,ノイズを生かして量子計算を高速化し,新しいシミュレーション手法をNISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)デバイスに導入する可能性を秘めている。

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