論文の概要: Folding-Free ZNE: A Comprehensive Quantum Zero-Noise Extrapolation
Approach for Mitigating Depolarizing and Decoherence Noise
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.00622v1
- Date: Mon, 1 May 2023 01:54:26 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-02 14:20:25.233930
- Title: Folding-Free ZNE: A Comprehensive Quantum Zero-Noise Extrapolation
Approach for Mitigating Depolarizing and Decoherence Noise
- Title（参考訳）: Folding-free ZNE: 完全量子ゼロノイズ外挿法による脱分極と脱コヒーレンスノイズの緩和
- Authors: Hrushikesh Patil, Peiyi Li, Ji Liu and Huiyang Zhou
- Abstract要約: 量子コンピュータのノイズに対処するために、様々な量子エラー軽減技術が提案されている。
ZNEは回路内のノイズレベルを増大させ、外挿を用いてノイズのゼロケースをノイズの結果から推測する。
本稿では,回路の折り畳みやノイズスケーリングを必要としない新しいZNE手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.362818196498257
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum computers in the NISQ era are prone to noise. A range of quantum
error mitigation techniques has been proposed to address this issue. Zero-noise
extrapolation (ZNE) stands out as a promising one. ZNE involves increasing the
noise levels in a circuit and then using extrapolation to infer the zero noise
case from the noisy results obtained. This paper presents a novel ZNE approach
that does not require circuit folding or noise scaling to mitigate depolarizing
and/or decoherence noise.
To mitigate depolarizing noise, we propose leveraging the extreme/infinite
noisy case, which allows us to avoid circuit folding. Specifically, the circuit
output with extreme noise becomes the maximally mixed state. We show that using
circuit-reliability metrics, simple linear extrapolation can effectively
mitigate depolarizing noise. With decoherence noise, different states decay
into the all-zero state at a rate that depends on the number of excited states
and time. Therefore, we propose a state- and latency-aware exponential
extrapolation that does not involve folding or scaling. When dealing with a
quantum system affected by both decoherence and depolarizing noise, we propose
to use our two mitigation techniques in sequence: first applying decoherence
error mitigation, followed by depolarizing error mitigation.
A common limitation of ZNE schemes is that if the circuit of interest suffers
from high noise, scaling-up noise levels could not provide useful data for
extrapolation. We propose using circuit-cut techniques to break a large quantum
circuit into smaller sub-circuits to overcome this limitation. This way, the
noise levels of the sub-circuits are lower than the original circuit, and ZNE
can become more effective in mitigating their noises.
- Abstract（参考訳）: NISQ時代の量子コンピュータはノイズを起こしやすい。
この問題に対処するために、様々な量子エラー軽減技術が提案されている。
zero-noise extrapolation (zne) は有望なものである。
ZNEは、回路内のノイズレベルを増大させ、外挿を用いてノイズのゼロケースをノイズの結果から推測する。
本稿では,デポーライゼーションやデコヒーレンスノイズを軽減するために,回路折り畳みやノイズスケーリングを必要としない新しいzne手法を提案する。
非分極ノイズを軽減するため,回路の折りたたみを回避できる極端/無限ノイズケースの活用を提案する。
具体的には、極端ノイズの回路出力が最大混合状態となる。
回路信頼性の指標を用いることで、単純な線形補間は脱分極ノイズを効果的に軽減できることを示す。
デコヒーレンスノイズでは、励起状態の数と時間に依存する速度で、異なる状態が全ゼロ状態に崩壊する。
そこで本稿では,折り畳みやスケーリングを伴わない状態と遅延を考慮した指数関数外挿を提案する。
量子系をデコヒーレンスとデポラライズノイズの両方の影響で扱う場合、まず、デコヒーレンス誤差を緩和し、次にデポラライズエラーを緩和する2つの手法をシーケンスで使用することを提案する。
ZNEスキームの一般的な制限は、興味のある回路が高雑音に悩まされている場合、スケールアップノイズレベルは外挿に有用なデータを提供しられなかったことである。
この制限を克服するために、回路切断技術を用いて大きな量子回路を小さなサブ回路に分割する。
このようにして、サブ回路のノイズレベルは元の回路よりも低くなり、ZNEはそのノイズを緩和するのにより効果的になる。
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