論文の概要: Non-Markovian Quantum Gate Set Tomography
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.14696v3
- Date: Thu, 23 Nov 2023 14:49:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-28 03:38:19.084863
- 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, Han Zeng, Tian Luan,
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(楽器としても知られる)、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強力な技術として出現している。
そこで本稿では,非マルコフGSTのための楽器セット(IST)と呼ばれる自己整合操作フレームワークを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.236963091328679
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Engineering quantum devices requires reliable characterization of the quantum
system, including qubits, quantum operations (also known as instruments) and
the quantum noise. Recently, quantum gate set tomography (GST) has emerged as a
powerful technique for self-consistently describing quantum states, gates, and
measurements. However, non-Markovian correlations between the quantum system
and environment impact the reliability of GST. To address this, we propose a
self-consistent operational framework called instrument set tomography (IST)
for non-Markovian GST. Based on the stochastic quantum process, the instrument
set describes instruments and system-environment (SE) correlations. We
introduce a linear inversion IST (LIST) to describe instruments and SE
correlations without physical constraints. The disharmony of linear
relationships between instruments is detected. Furthermore, we propose a
physically constrained statistical method based on the maximum likelihood
estimation for IST (MLE-IST), with a polynomial number of parameters with
respect to the Markovian order. MLE-IST shows significant flexibility in
adapting to different types of devices, such as noisy intermediate-scale
quantum (NISQ) devices, by adjusting the model and constraints. Experimental
results demonstrate the effectiveness and necessity of simultaneously
describing instruments and SE correlations. Specifically, the LIST and MLE-IST
obtains significant improvement on average square error reduction in the
imperfect implemented simulations by orders of -23.77 and -6.21, respectively,
compared to their comparative methods. Consequently, IST provides an essential
and self-consistent framework for characterizing, benchmarking, and developing
quantum devices in terms of the instrument set.
- Abstract（参考訳）: エンジニアリング量子デバイスは、量子ビット、量子演算(計器としても知られる)、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,測定を自己整合的に記述するための強力な技術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の信頼性に影響を与える。
これを解決するために,非マルコフGSTのための計器セットトモグラフィー(IST)と呼ばれる自己整合演算フレームワークを提案する。
確率的量子過程に基づいて、機器セットは機器とシステム環境(SE)相関を記述する。
楽器とSE相関を物理的制約なく記述するための線形反転IST(LIST)を導入する。
楽器間の線形関係の不整合を検出する。
さらに、マルコフ順序に関するパラメータの多項式数を持つIST(MLE-IST)の最大推定値に基づいて、物理的に制約された統計手法を提案する。
MLE-ISTは、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応する際の大きな柔軟性を示している。
実験結果から,機器とSE相関の同時記述の有効性と必要性が示された。
特に、LIST と MLE-IST は、比較法と比較して、-23.77 と -6.21 の順で実装された不完全なシミュレーションにおいて平均2乗誤差の削減を著しく改善する。
その結果、ISTは、機器セットの観点で量子デバイスを特徴づけ、ベンチマークし、開発するための本質的で自己整合的なフレームワークを提供する。
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