論文の概要: Variational method for learning Quantum Channels via Stinespring
Dilation on neutral atom systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.10593v1
- Date: Tue, 19 Sep 2023 13:06:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-20 14:34:03.909162
- Title: Variational method for learning Quantum Channels via Stinespring
Dilation on neutral atom systems
- Title（参考訳）: 中性原子系におけるスチンスプリング拡張による量子チャネル学習の変分法
- Authors: L.Y. Visser, R.J.P.T. de Keijzer, O. Tse, S.J.J.M.F. Kokkelmans
- Abstract要約: 量子システムは環境と相互作用し、非可逆進化をもたらす。
多くの量子実験では、測定ができるまでの時間は限られている。
拡張されたシステム上で等価なユニタリを変動的に近似することで、所定のターゲット量子チャネルを近似する手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The state $|\psi(t)\rangle$ of a closed quantum system evolves under the
Schr\"{o}dinger equation, where the reversible evolution of the state is
described by the action of a unitary operator $U(t)$ on the initial state
$|\psi_0\rangle$, i.e.\ $|\psi(t)\rangle=U(t)|\psi_0\rangle$. However,
realistic quantum systems interact with their environment, resulting in
non-reversible evolutions, described by Lindblad equations. The solution of
these equations give rise to quantum channels $\Phi_t$ that describe the
evolution of density matrices according to $\rho(t)=\Phi_t(\rho_0)$, which
often results in decoherence and dephasing of the state. For many quantum
experiments, the time until which measurements can be done might be limited,
e.g. by experimental instability or technological constraints. However, further
evolution of the state may be of interest. For instance, to determine the
source of the decoherence and dephasing, or to identify the steady state of the
evolution. In this work, we introduce a method to approximate a given target
quantum channel by means of variationally approximating equivalent unitaries on
an extended system, invoking the Stinespring dilation theorem. We report on an
experimentally feasible method to extrapolate the quantum channel on discrete
time steps using only data on the first time steps. Our approach heavily relies
on the ability to spatially transport entangled qubits, which is unique to the
neutral atom quantum computing architecture. Furthermore, the method shows
promising predictive power for various non-trivial quantum channels. Lastly, a
quantitative analysis is performed between gate-based and pulse-based
variational quantum algorithms.
- Abstract（参考訳）: 閉量子系の状態 ||\psi(t)\rangle$ はschr\"{o}dinger方程式の下で進化し、状態の可逆的発展は初期状態 $|\psi_0\rangle$、すなわち ||\psi(t)\rangle=u(t)|\psi_0\rangle$ に対するユニタリ作用素の作用によって記述される。
しかし、現実的な量子系はその環境と相互作用し、リンドブラッド方程式によって記述された可逆的進化をもたらす。
これらの方程式の解は、密度行列の進化を$\rho(t)=\Phi_t(\rho_0)$に従って記述する量子チャネル$\Phi_t$をもたらす。
多くの量子実験において、測定ができるまでの時間は、例えば実験的な不安定性や技術的な制約によって制限される。
しかし、国家のさらなる進化は興味をそそるかもしれない。
例えば、デコヒーレンスとデフォーカスの源を決定するか、進化の定常状態を特定する。
本研究では,Stinespringダイレーション定理を導出し,拡張システム上で等価なユニタリを変動的に近似することで,所定のターゲット量子チャネルを近似する手法を提案する。
本稿では,最初のステップのデータのみを用いて,離散時間ステップで量子チャネルを外挿する実験可能な手法について報告する。
我々のアプローチは、中性原子量子コンピューティングアーキテクチャに特有のエンタングル量子ビットを空間的に輸送する能力に大きく依存しています。
さらに, 様々な非自明な量子チャネルに対する予測能力を示す。
最後に、ゲートベースとパルスベースの変動量子アルゴリズムの間で定量的解析を行う。
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