論文の概要: Dual-GSE: Resource-efficient Generalized Quantum Subspace Expansion
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.14171v1
- Date: Mon, 25 Sep 2023 14:28:40 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-26 15:08:06.906441
- Title: Dual-GSE: Resource-efficient Generalized Quantum Subspace Expansion
- Title（参考訳）: Dual-GSE:資源効率の良い一般化量子サブスペース拡張
- Authors: Bo Yang, Nobuyuki Yoshioka, Hiroyuki Harada, Shigeo Hakkaku, Yuuki
Tokunaga, Hideaki Hakoshima, Kaoru Yamamoto, Suguru Endo
- Abstract要約: 本稿では,一般化量子部分空間展開(GSE)の資源効率向上手法を提案する。
二重GSE」は、誤差緩和された量子状態のアンサッツを構築することで、状態コピーのかなりのオーバーヘッドを回避している。
注目すべきは、Dual-GSEは利用可能な量子ハードウェアのサイズを超えて、より大きな量子システムをシミュレートすることができることだ。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.3847436897240453
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum error mitigation (QEM) is a class of hardware-efficient error
reduction methods through additional modest quantum operations and classical
postprocessing on measurement outcomes. The generalized quantum subspace
expansion (GSE) has been recently proposed as a unified framework of two
distinct QEM methods: quantum subspace expansion (QSE) and purification-based
QEM. GSE takes over the advantages of these two methods, achieving the
mitigation of both coherent and stochastic errors. However, GSE still requires
multiple copies of quantum states and entangled measurements between the
copies, as required in purification-based QEM. This is a significant drawback
under the current situation of the restricted number and connectivity of
qubits. In this work, we propose a resource-efficient implementation of GSE,
which we name "Dual-GSE", circumventing significant overheads of state copies
by constructing an ansatz of error-mitigated quantum states via dual-state
purification. Remarkably, Dual-GSE can further simulate larger quantum systems
beyond the size of available quantum hardware with a suitable ansatz
construction inspired by those divide-and-conquer methods that forge
entanglement classically. This also contributes to a significant reduction of
the measurement overhead because we only need to measure subsystems' Pauli
operators. The proposed method is demonstrated by numerical simulation of the
eight-qubit transverse field Ising model, showing that our method estimates the
ground state energy in high precision under gate noise with low mitigation
overhead and practical sampling cost.
- Abstract（参考訳）: 量子誤り軽減法(Quantum error mitigation, QEM)は、ハードウェア効率のよい誤り低減法の一種であり、量子演算の追加と測定結果の古典的な後処理によって行われる。
一般化量子部分空間展開(GSE)は、量子部分空間展開(QSE)と純化ベースのQEMという2つの異なるQEM法の統一フレームワークとして最近提案されている。
GSEはこれらの2つの手法の利点を乗っ取り、一貫性と確率的誤差の緩和を実現する。
しかしながら、GSEは精製ベースのQEMに必要なように、複数の量子状態のコピーとコピー間の絡み合った測定を必要とする。
これは、量子ビットの制限数と接続の現在の状況における大きな欠点である。
本研究では,二重状態浄化による誤り緩和量子状態のアンサッツを構築することにより,状態複製の大幅なオーバーヘッドを回避し,gseを資源効率良く実装することを提案する。
注目すべきは、Dual-GSEは量子ハードウェアのサイズを超える大きな量子システムを、古典的に絡み合うような分割とコンカマー法にインスパイアされた適切なアンサッツ構造でシミュレートすることができることである。
これはまた、サブシステムのpauli演算子のみを測定するため、測定オーバーヘッドの大幅な削減にも寄与します。
提案手法は,8量子ビット横磁界イジングモデルの数値シミュレーションにより,ゲートノイズ下での地盤状態エネルギーを高精度に推定し,低緩和オーバーヘッドと実用的なサンプリングコストを実現した。
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