論文の概要: Phase transition in Random Circuit Sampling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.11119v2
- Date: Fri, 22 Dec 2023 02:05:55 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-12-25 18:41:00.603195
- Title: Phase transition in Random Circuit Sampling
- Title（参考訳）: ランダム回路サンプリングにおける位相遷移
- Authors: A. Morvan, B. Villalonga, X. Mi, S. Mandr\`a, A. Bengtsson, P. V.
Klimov, Z. Chen, S. Hong, C. Erickson, I. K. Drozdov, J. Chau, G. Laun, R.
Movassagh, A. Asfaw, L. T.A.N. Brand\~ao, R. Peralta, D. Abanin, R. Acharya,
R. Allen, T. I. Andersen, K. Anderson, M. Ansmann, F. Arute, K. Arya, J.
Atalaya, J. C. Bardin, A. Bilmes, G. Bortoli, A. Bourassa, J. Bovaird, L.
Brill, M. Broughton, B. B. Buckley, D. A. Buell, T. Burger, B. Burkett, N.
Bushnell, J. Campero, H. S. Chang, B. Chiaro, D. Chik, C. Chou, J. Cogan, R.
Collins, P. Conner, W. Courtney, A. L. Crook, B. Curtin, D. M. Debroy, A. Del
Toro Barba, S. Demura, A. Di Paolo, A. Dunsworth, L. Faoro, E. Farhi, R.
Fatemi, V. S. Ferreira, L. Flores Burgos, E. Forati, A. G. Fowler, B. Foxen,
G. Garcia, E. Genois, W. Giang, C. Gidney, D. Gilboa, M. Giustina, R. Gosula,
A. Grajales Dau, J. A. Gross, S. Habegger, M. C. Hamilton, M. Hansen, M. P.
Harrigan, S. D. Harrington, P. Heu, M. R. Hoffmann, T. Huang, A. Huff, W. J.
Huggins, L. B. Ioffe, S. V. Isakov, J. Iveland, E. Jeffrey, Z. Jiang, C.
Jones, P. Juhas, D. Kafri, T. Khattar, M. Khezri, M. Kieferov\'a, S. Kim, A.
Kitaev, A. R. Klots, A. N. Korotkov, F. Kostritsa, J. M. Kreikebaum, D.
Landhuis, P. Laptev, K.-M. Lau, L. Laws, J. Lee, K. W. Lee, Y. D. Lensky, B.
J. Lester, A. T. Lill, W. Liu, W. P. Livingston, A. Locharla, F. D. Malone,
O. Martin, S. Martin, J. R. McClean, M. McEwen, K. C. Miao, A. Mieszala, S.
Montazeri, W. Mruczkiewicz, O. Naaman, M. Neeley, C. Neill, A. Nersisyan, M.
Newman, J. H. Ng, A. Nguyen, M. Nguyen, M. Yuezhen Niu, T. E. O'Brien, S.
Omonije, A. Opremcak, A. Petukhov, R. Potter, L. P. Pryadko, C. Quintana, D.
M. Rhodes, E. Rosenberg, C. Rocque, P. Roushan, N. C. Rubin, N. Saei, D.
Sank, K. Sankaragomathi, K. J. Satzinger, H. F. Schurkus, C. Schuster, M. J.
Shearn, A. Shorter, N. Shutty, V. Shvarts, V. Sivak, J. Skruzny, W. C. Smith,
R. D. Somma, G. Sterling, D. Strain, M. Szalay, D. Thor, A. Torres, G. Vidal,
C. Vollgraff Heidweiller, T. White, B. W. K. Woo, C. Xing, Z. J. Yao, P. Yeh,
J. Yoo, G. Young, A. Zalcman, Y. Zhang, N. Zhu, N. Zobrist, E. G. Rieffel, R.
Biswas, R. Babbush, D. Bacon, J. Hilton, E. Lucero, H. Neven, A. Megrant, J.
Kelly, I. Aleiner, V. Smelyanskiy, K. Kechedzhi, Y. Chen, S. Boixo
- Abstract要約: 非コヒーレントノイズは、短期量子プロセッサの計算能力を完全に活用する際、顕著な課題である。
XEBで観測可能な位相遷移は2つあり、理論的には統計モデルで説明できる。
我々の研究は、現在の量子プロセッサで到達可能な安定な計算複雑相への遷移の存在を確立する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6361671146004758
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Undesired coupling to the surrounding environment destroys long-range
correlations on quantum processors and hinders the coherent evolution in the
nominally available computational space. This incoherent noise is an
outstanding challenge to fully leverage the computation power of near-term
quantum processors. It has been shown that benchmarking Random Circuit Sampling
(RCS) with Cross-Entropy Benchmarking (XEB) can provide a reliable estimate of
the effective size of the Hilbert space coherently available. The extent to
which the presence of noise can trivialize the outputs of a given quantum
algorithm, i.e. making it spoofable by a classical computation, is an
unanswered question. Here, by implementing an RCS algorithm we demonstrate
experimentally that there are two phase transitions observable with XEB, which
we explain theoretically with a statistical model. The first is a dynamical
transition as a function of the number of cycles and is the continuation of the
anti-concentration point in the noiseless case. The second is a quantum phase
transition controlled by the error per cycle; to identify it analytically and
experimentally, we create a weak link model which allows varying the strength
of noise versus coherent evolution. Furthermore, by presenting an RCS
experiment with 67 qubits at 32 cycles, we demonstrate that the computational
cost of our experiment is beyond the capabilities of existing classical
supercomputers, even when accounting for the inevitable presence of noise. Our
experimental and theoretical work establishes the existence of transitions to a
stable computationally complex phase that is reachable with current quantum
processors.
- Abstract（参考訳）: 周囲環境への望ましくない結合は、量子プロセッサ上の長距離相関を破壊し、名目上利用可能な計算空間におけるコヒーレント進化を妨げる。
この非コヒーレントノイズは、短期量子プロセッサの計算能力を完全に活用する際、顕著な課題である。
ランダム回路サンプリング (RCS) とクロスエントロピーベンチマーク (XEB) のベンチマークにより、ヒルベルト空間の有効サイズを確実に推定できることが示されている。
雑音の存在が与えられた量子アルゴリズムの出力を自明にできる程度、すなわち古典的計算によってスポアブル化できる程度は、解き放たれた問題である。
ここでは、RCSアルゴリズムの実装により、XEBで観測可能な2つの相転移が存在することを実験的に実証し、統計的モデルを用いて理論的に説明する。
1つ目はサイクルの数の関数としての動的遷移であり、無騒音の場合の反集中点の継続である。
2つ目は1サイクルあたりの誤差によって制御される量子相転移であり、解析的および実験的に識別するために、ノイズの強さとコヒーレントな進化を両立させる弱いリンクモデルを作成する。
さらに, 67キュービットのRCS実験を32サイクルで行うことにより, 従来のスーパーコンピュータの計算コストが, ノイズの存在を考慮に入れた場合でも, 従来のスーパーコンピュータの能力を超えることを示した。
我々の実験的および理論的研究は、現在の量子プロセッサで到達可能な安定な計算複雑相への遷移の存在を確立する。
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