論文の概要: Dual-GSE: Resource-efficient Generalized Quantum Subspace Expansion

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.14171v2
• Date: Sat, 13 Jan 2024 15:27:11 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-18 01:37:21.569951
• 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: 一般化量子部分空間展開(GSE)は、コヒーレントな誤差に対してかなり堅牢である。 我々は「Dual-GSE」と呼ばれる資源効率の高いGSEの実装を提案する。 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: There are considerable obstacles against realizing practical quantum computing: a significant amount of computation errors and the restricted qubit count. As a unified method of noise-agnostic quantum error mitigation (QEM) methods, i.e., the quantum subspace expansion and virtual purification, a generalized quantum subspace expansion (GSE) has recently been proposed that is significantly robust against stochastic and coherent errors. However, GSE requires entangled measurements between copies of the quantum states, which is a significant drawback under the current situation of the restricted number of qubits and their connectivity. 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 divide-and-conquer methods that forge entanglement classically. This also significantly reduces the measurement overhead because we only need to measure subsystems' Pauli operators. The proposed method is demonstrated by a numerical simulation of the eight-qubit transverse-field Ising model, showing that our method estimates the ground state energy with high precision under gate noise with low mitigation overhead and practical sampling cost.
• Abstract（参考訳）: 実用的な量子コンピューティングを実現するには、かなりの量の計算エラーと制限された量子ビット数という大きな障害がある。 ノイズ非依存型量子誤り軽減法(QEM)の統一手法として、量子部分空間展開と仮想的浄化法、一般化量子部分空間展開法(GSE)が最近提案され、確率的およびコヒーレントな誤差に対してかなり堅牢である。 しかし、gseでは量子状態のコピー間の絡み合いの測定が必要であり、量子ビット数と接続性が制限されている現状では大きな欠点となっている。 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。 驚くべきことに、dual-gseは、古典的に絡み合う方法に触発された適切なアンサッツ構成を持つ、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さらにシミュレートすることができる。 これはサブシステムのパウリ演算子のみを測定する必要があるため、測定オーバーヘッドを大幅に削減する。 提案手法は,8量子ビット横場イジングモデルの数値シミュレーションにより,ゲート雑音下での地盤状態エネルギーを高精度に推定し,低緩和オーバヘッドと実用的なサンプリングコストを算出した。

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