論文の概要: Simulating Noisy Variational Quantum Algorithms: A Polynomial Approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.05804v3
- Date: Thu, 18 Jul 2024 06:54:20 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-20 00:22:15.384121
- Title: Simulating Noisy Variational Quantum Algorithms: A Polynomial Approach
- Title（参考訳）: 雑音変動量子アルゴリズムのシミュレーション:多項式的アプローチ
- Authors: Yuguo Shao, Fuchuan Wei, Song Cheng, Zhengwei Liu,
- Abstract要約: 大規模変動量子アルゴリズムは量子優位性を達成するための潜在的な経路として広く認識されている。
本稿では,可観測物のバックプロパゲーションの積分経路に基づく新しい$gammaPPP法を提案する。
我々は,IBMの127量子ビットイーグルプロセッサにおけるゼロノード化実験結果の古典的シミュレーションを行う。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.806183113759115
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Large-scale variational quantum algorithms are widely recognized as a potential pathway to achieve practical quantum advantages. However, the presence of quantum noise might suppress and undermine these advantages, which blurs the boundaries of classical simulability. To gain further clarity on this matter, we present a novel polynomial-scale method based on the path integral of observable's back-propagation on Pauli paths (OBPPP). This method efficiently approximates expectation values of operators in variational quantum algorithms with bounded truncation error in the presence of single-qubit Pauli noise. Theoretically, we rigorously prove: 1) For a constant minimal non-zero noise rate $\gamma$, OBPPP's time and space complexity exhibit a polynomial relationship with the number of qubits $n$, the circuit depth $L$. 2) For variable $\gamma$, in scenarios where more than two non-zero noise factors exist, the complexity remains $\mathrm{Poly}\left(n,L\right)$ if $\gamma$ exceeds $1/\log{L}$, but grows exponential with $L$ when $\gamma$ falls below $1/L$. Numerically, we conduct classical simulations of IBM's zero-noise extrapolated experimental results on the 127-qubit Eagle processor [Nature \textbf{618}, 500 (2023)]. Our method attains higher accuracy and faster runtime compared to the quantum device. Furthermore, our approach allows us to simulate noisy outcomes, enabling accurate reproduction of IBM's unmitigated results that directly correspond to raw experimental observations. Our research reveals the vital role of noise in classical simulations and the derived method is general in computing the expected value for a broad class of quantum circuits and can be applied in the verification of quantum computers.
- Abstract（参考訳）: 大規模変動量子アルゴリズムは、実用的な量子優位性を達成するための潜在的な経路として広く認識されている。
しかし、量子ノイズの存在はこれらの利点を抑え、弱め、古典的なシミュラビリティの境界を曖昧にする可能性がある。
この問題をより明確にするために,観測可能なパウリパス(OBPPP)のバックプロパゲーションの経路積分に基づく新しい多項式スケール法を提案する。
この手法は, 1量子ビットパウリ雑音の存在下での有界乱数誤差を持つ変分量子アルゴリズムにおける演算子の期待値を効率的に近似する。
理論的には、私たちは厳格に証明します。
1) 最小零ノイズ率$\gamma$の場合, OBPPPの時間と空間の複雑さは, 量子ビット数$n$, 回路深さ$L$と多項式関係を示す。
2つの非ゼロノイズ因子が存在する場合、$\gamma$は$/\log{L}$を超えると$\mathrm{Poly}\left(n,L\right)$となるが、$\gamma$が$/L$未満の場合には$L$で指数関数的に増加する。
数値解析により,IBM の 127-qubit Eagle プロセッサ [Nature \textbf{618}, 500 (2023)] におけるゼロノイズ外挿実験結果の古典的シミュレーションを行った。
提案手法は, 量子デバイスと比較して精度が高く, 実行速度も速い。
さらに,本手法では,生の観察と直接対応するIBMの未処理結果の正確な再現を可能にするため,ノイズをシミュレートすることができる。
本研究は,古典シミュレーションにおけるノイズの重要な役割を明らかにし,導出法は,幅広い量子回路の期待値を計算し,量子コンピュータの検証に応用できる。
関連論文リスト
- Classical Simulability of Quantum Circuits with Shallow Magic Depth [12.757419723444956]
量子マジック(quantum magic)は、量子計算が古典的なシミュレーションを超えることができるリソースである。
以前の結果は、古典的なシミュラビリティに、$T$ゲートや安定化器ランクの数によって特徴づけられる量子魔法の量と結びついている。
本研究では,Clifford層と$T$層を交互に組み合わせた量子回路の古典的シミュラビリティについて検討する。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-09-20T18:00:00Z) - Estimating quantum amplitudes can be exponentially improved [11.282486674587236]
量子振幅の推定は、量子コンピューティングの基本的な課題である。
純状態を行列形式に変換することによって量子振幅を推定するための新しい枠組みを提案する。
我々のフレームワークは、それぞれ標準量子極限$epsilon-2$とハイゼンベルク極限$epsilon-1$を達成する。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-08-25T04:35:53Z) - Towards large-scale quantum optimization solvers with few qubits [59.63282173947468]
我々は、$m=mathcalO(nk)$バイナリ変数を$n$ qubitsだけを使って最適化するために、$k>1$で可変量子ソルバを導入する。
我々は,特定の量子ビット効率の符号化が,バレン高原の超ポリノミウム緩和を内蔵特徴としてもたらすことを解析的に証明した。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-01-17T18:59:38Z) - QuantumSEA: In-Time Sparse Exploration for Noise Adaptive Quantum
Circuits [82.50620782471485]
QuantumSEAはノイズ適応型量子回路のインタイムスパース探索である。
1)トレーニング中の暗黙の回路容量と(2)雑音の頑健さの2つの主要な目標を達成することを目的としている。
提案手法は, 量子ゲート数の半減と回路実行の2倍の時間節約で, 最先端の計算結果を確立する。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-01-10T22:33:00Z) - Simulation of IBM's kicked Ising experiment with Projected Entangled
Pair Operator [71.10376783074766]
我々は最近,誤りを軽減した量子回路を用いてエミュレートされた127量子ビットキックド・イジングモデルの古典的シミュレーションを行った。
提案手法はハイゼンベルク図の射影的絡み合ったペア作用素(PEPO)に基づいている。
我々はクリフォード展開理論を開発し、正確な期待値を計算し、それらをアルゴリズムの評価に利用する。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-08-06T10:24:23Z) - Algorithmic Shadow Spectroscopy [0.0]
ごく少数の回路繰り返し(ショット)と余剰資源(アンシラ量子ビット)を使わずにエネルギーギャップを推定するためのシミュレータ非依存の量子アルゴリズムを提案する。
我々は,本手法が実用的には直感的に使いやすく,ゲートノイズに対して頑健であり,新しいタイプのアルゴリズム的エラー軽減手法であり,時間ステップ当たり10ショットという通常の近距離量子アルゴリズムよりも桁違いに少ないショット数を用いることを実証した。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-12-21T14:23:48Z) - A single $T$-gate makes distribution learning hard [56.045224655472865]
この研究は、局所量子回路の出力分布の学習可能性に関する広範な評価を提供する。
ハイブリッド量子古典アルゴリズムを含む多種多様な学習アルゴリズムにおいて、深度$d=omega(log(n))$ Clifford回路に関連する生成的モデリング問題さえも困難であることを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-07-07T08:04:15Z) - Quantum Goemans-Williamson Algorithm with the Hadamard Test and
Approximate Amplitude Constraints [62.72309460291971]
本稿では,n+1$ qubitsしか使用しないGoemans-Williamsonアルゴリズムの変分量子アルゴリズムを提案する。
補助量子ビット上で適切にパラメータ化されたユニタリ条件として目的行列を符号化することにより、効率的な最適化を実現する。
各種NPハード問題に対して,Goemans-Williamsonアルゴリズムの量子的効率的な実装を考案し,提案プロトコルの有効性を実証する。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-06-30T03:15:23Z) - Realization of arbitrary doubly-controlled quantum phase gates [62.997667081978825]
本稿では,最適化問題における短期量子優位性の提案に着想を得た高忠実度ゲートセットを提案する。
3つのトランペット四重項のコヒーレントな多レベル制御を編成することにより、自然な3量子ビット計算ベースで作用する決定論的連続角量子位相ゲートの族を合成する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-08-03T17:49:09Z) - Interactive quantum advantage with noisy, shallow Clifford circuits [0.0]
本稿では,Grier と Schaeffer の対話プロトコルに耐雑音性を加えるための戦略を示す。
この削減の重要な要素は、古典的なシミュレーションタスクにおける平均ケースの硬さを示すことである。
シュミレートするために$oplus$L-hardの量子タスクでさえそうであることを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-02-13T00:54:45Z) - Fast Estimation of Sparse Quantum Noise [1.933681537640272]
我々は、$s$非ゼロパウリ誤差率を$s$スパース、$n$量子パウリノイズチャネルで推定する実用的なアルゴリズムを提案する。
我々は,IBM 14-qubit 超伝導デバイスのデータに対して,単純化されたクリフォード回路を用いたアルゴリズムのバージョンを実験的に検証した。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-07-15T18:00:01Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。