論文の概要: Zero noise extrapolation on logical qubits by scaling the error correction code distance

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.14985v2
• Date: Tue, 25 Jul 2023 01:33:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-26 20:52:54.202141
• Title: Zero noise extrapolation on logical qubits by scaling the error correction code distance
• Title（参考訳）: 誤り訂正符号距離のスケーリングによる論理量子ビット上のゼロノイズ外挿
• Authors: Misty A. Wahl, Andrea Mari, Nathan Shammah, William J. Zeng, Gokul Subramanian Ravi
• Abstract要約: 我々はゼロノイズ外挿法(ZNE)の量子エラー軽減手法をフォールトトレラント量子コンピューティングに移行する。 物理量子ビットではなく論理的に符号化された量子ビットにZNEを用いる。 DS-ZNEは,ZNE後の論理的誤り率において,最大92%の単体折り畳み性能を示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2599533416395765
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In this work, we migrate the quantum error mitigation technique of Zero-Noise Extrapolation (ZNE) to fault-tolerant quantum computing. We employ ZNE on logically encoded qubits rather than physical qubits. This approach will be useful in a regime where quantum error correction (QEC) is implementable but the number of qubits available for QEC is limited. Apart from illustrating the utility of a traditional ZNE approach (circuit-level unitary folding) for the QEC regime, we propose a novel noise scaling ZNE method specifically tailored to QEC: distance scaled ZNE (DS-ZNE). DS-ZNE scales the distance of the error correction code, and thereby the resulting logical error rate, and utilizes this code distance as the scaling `knob' for ZNE. Logical qubit error rates are scaled until the maximum achievable code distance for a fixed number of physical qubits, and lower error rates (i.e., effectively higher code distances) are achieved via extrapolation techniques migrated from traditional ZNE. Furthermore, to maximize physical qubit utilization over the ZNE experiments, logical executions at code distances lower than the maximum allowed by the physical qubits on the quantum device are parallelized to optimize device utilization. We validate our proposal with numerical simulation and confirm that ZNE lowers the logical error rates and increases the effective code distance beyond the physical capability of the quantum device. For instance, at a physical code distance of 11, the DS-ZNE effective code distance is 17, and at a physical code distance of 13, the DS-ZNE effective code distance is 21. When the proposed technique is compared against unitary folding ZNE under the constraint of a fixed number of executions of the quantum device, DS-ZNE outperforms unitary folding by up to 92% in terms of the post-ZNE logical error rate.
• Abstract（参考訳）: 本研究では,ゼロノイズ外挿法(ZNE)の量子誤差軽減手法をフォールトトレラント量子コンピューティングに移行する。 物理量子ビットではなく論理的に符号化された量子ビットにZNEを用いる。 このアプローチは量子誤り訂正(QEC)が実装可能であるが、QECで利用可能な量子ビットの数は限られている状況において有用である。 従来のZNE手法(回路レベルのユニタリ折り畳み)をQECシステムに応用することとは別に,QECに特化して,距離スケールZNE(DS-ZNE)という新しいノイズスケーリングZNE法を提案する。 DS-ZNEは誤り訂正符号の距離を拡大し、結果として得られる論理誤差率をZNEのスケーリング「knob」として利用する。 論理量子ビット誤り率は、一定の数の物理量子ビットに対して最大到達可能な符号距離までスケールし、従来のzneから移行した補間技術によって低い誤り率(すなわち、効果的に高い符号距離)を達成する。 さらに、ZNE実験における物理量子ビット利用を最大化するために、量子デバイス上の物理量子ビットが許容する最大値よりも低い符号距離での論理実行を並列化し、デバイス利用を最適化する。 提案手法を数値シミュレーションで検証し,ZNEが論理誤差率を下げ,量子デバイスの物理能力を超えた有効符号距離を増大させることを確認した。 例えば、物理符号距離11では、DS−ZNE有効符号距離は17であり、物理符号距離13では、DS−ZNE有効符号距離は21である。 提案手法を、量子デバイスの一定回数の実行の制約下でユニタリ折り畳みZNEと比較した場合、DS-ZNEはポストZNE論理誤差率において最大92%のユニタリ折り畳み性能を有する。

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