論文の概要: Non-Markovian Quantum Gate Set Tomography
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.14696v2
- Date: Fri, 28 Jul 2023 09:01:55 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-31 15:03:37.093278
- Title: Non-Markovian Quantum Gate Set Tomography
- Title（参考訳）: 非マルコフ量子ゲートセットトモグラフィ
- Authors: Ze-Tong Li, Cong-Cong Zheng, Fan-Xu Meng, Zai-Chen Zhang, Xu-Tao Yu
- Abstract要約: 工学的な量子デバイスは、量子ビット、量子演算(いわゆる楽器)、量子ノイズを含む量子システムの信頼性の高い特性を必要とする。
近年、量子ゲート・セット・トモグラフィー(GST)は、量子状態、ゲート、測定を自己整合的に記述する手法として出現している。
ゲート集合と非マルコフ相関を同時に記述することが不可欠である。
我々はまず,非マルコフGSTのための自己整合操作手法,ist(Insistant set tomography)を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.360755226969678
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Engineering quantum devices requires reliable characterization of the quantum
system including qubits, quantum operations (aka instruments) and the quantum
noise. Recently, quantum gate set tomography (GST) has emerged as a promissing
technique to self-consistently describe the quantum states, gates and
measurements. However, non-Markovian correlations between the quantum system
and environment cause the reliability regression of GST. It is essential to
simultaneously describe the gate set and non-Markovian correlations. To this
end, we first propose a self-consistent operational method, named instrument
set tomography (IST), for non-Markovian GST. Based on the stochastic quantum
process, the instrument set is defined to describe instruments, the initial
state, and non-Markovian system-environment (SE) correlations. First, we
propose a linear inversion IST (LIST) to detect and describe the disharmony of
linear relationship of instruments and SE correlations with gauge freedom.
However, LIST cannot always determine physical implementable instrument set
because of the absence of constraints. Then, a physically constrained
statistical method based on the miximum likelihood estimation for IST (MLE-IST)
is proposed with polynomial number of parameters with respect to the Markovian
order. It shows significant flexibility that suit for different types of
device, e.g. noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices, by adjusting the
model and constraints. The experimental results show the effectiveness of
describing instruments and the non-Markovian quantum system. As a result, the
IST provides an essential method for benchmarking and developing quantum
devices in the aspect of instrument set.
- Abstract（参考訳）: 工学的量子デバイスは量子ビット、量子演算、量子ノイズを含む量子システムの信頼性の高いキャラクタリゼーションを必要とする。
近年,量子ゲート集合トモグラフィ(gst)は,量子状態,ゲートおよび測定を自己整合的に記述する手法として出現している。
しかし、量子系と環境の間の非マルコフ相関は、GSTの信頼性回帰を引き起こす。
ゲート集合と非マルコフ相関を同時に記述することが不可欠である。
そこで我々はまず,非マルコフGSTのための自己整合操作手法,ist(Insistant set tomography)を提案する。
確率的量子過程に基づいて、楽器セットは、楽器、初期状態、および非マルコフ系環境(SE)相関を記述するために定義される。
まず、楽器とSEの線形関係とゲージ自由度との相関を検知し、記述するための線形反転IST(LIST)を提案する。
しかし、LISTは制約がないため、物理的に実装可能な楽器セットを常に決定できない。
次に,MLE-IST(MLE-IST)の混合推定に基づく物理制約付き統計手法について,マルコフ次数に関するパラメータの多項式数で提案する。
モデルと制約を調整することで、ノイズの多い中間スケール量子(nisq)デバイスなど、さまざまな種類のデバイスに適した大きな柔軟性を示す。
実験結果は、楽器と非マルコフ量子系を記述することの有効性を示す。
結果として、ISTは、機器セットの側面において量子デバイスをベンチマークし、開発するための重要な方法を提供する。
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