論文の概要: Accurate and Honest Approximation of Correlated Qubit Noise
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.09305v1
- Date: Wed, 15 Nov 2023 19:00:34 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-17 17:53:00.937213
- Title: Accurate and Honest Approximation of Correlated Qubit Noise
- Title（参考訳）: 相関量子ビット雑音の正確かつ正直な近似
- Authors: F. Setiawan, Alexander V. Gramolin, Elisha S. Matekole, Hari Krovi,
and Jacob M. Taylor
- Abstract要約: 提案手法は, 量子ビット相関度の高い雑音成分を組み込むことにより, 精度を向上することのできる, 近似雑音チャネルの効率的な構成法である。
固定周波数超伝導量子ビットに典型的な現実的な雑音強度では、2量子ビット相関を超える相関ノイズがコードシミュレーションの精度に大きく影響することを発見した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 39.58317527488534
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Accurate modeling of noise in realistic quantum processors is critical for
constructing fault-tolerant quantum computers. While a full simulation of
actual noisy quantum circuits provides information about correlated noise among
all qubits and is therefore accurate, it is, however, computationally expensive
as it requires resources that grow exponentially with the number of qubits. In
this paper, we propose an efficient systematic construction of approximate
noise channels, where their accuracy can be enhanced by incorporating noise
components with higher qubit-qubit correlation degree. To formulate such
approximate channels, we first present a method, dubbed the cluster expansion
approach, to decompose the Lindbladian generator of an actual Markovian noise
channel into components based on interqubit correlation degree. We then
generate a $k$-th order approximate noise channel by truncating the cluster
expansion and incorporating noise components with correlations up to the $k$-th
degree. We require that the approximate noise channels must be accurate and
also "honest", i.e., the actual errors are not underestimated in our physical
models. As an example application, we apply our method to model noise in a
three-qubit quantum processor that stabilizes a [[2,0,0]] codeword, which is
one of the four Bell states. We find that, for realistic noise strength typical
for fixed-frequency superconducting qubits coupled via always-on static
interactions, correlated noise beyond two-qubit correlation can significantly
affect the code simulation accuracy. Since our approach provides a systematic
noise characterization, it enables the potential for accurate, honest and
scalable approximation to simulate large numbers of qubits from full modeling
or experimental characterizations of small enough quantum subsystems, which are
efficient but still retain essential noise features of the entire device.
- Abstract（参考訳）: 現実的な量子プロセッサにおけるノイズの正確なモデリングは、フォールトトレラント量子コンピュータの構築に不可欠である。
実際の雑音量子回路の完全なシミュレーションは、全ての量子ビット間の相関ノイズに関する情報を提供するため正確であるが、量子ビットの数で指数関数的に増加するリソースを必要とするため、計算コストがかかる。
本稿では, 量子ビット相関度の高い雑音成分を組み込むことにより, 近似雑音チャネルを効率よく構築し, 精度を向上する手法を提案する。
このような近似チャネルを定式化するために,まず,実マルコフノイズチャネルのリンドブラジアン生成器を量子間相関度に基づいて成分に分解するクラスタ展開法を提案する。
次に,クラスタ拡張を停止し,最大$k$-次相関の雑音成分を組み込むことにより,$k$-次近似ノイズチャネルを生成する。
我々は、近似ノイズチャネルは正確でなければならないこと、すなわち、実際のエラーは我々の物理モデルでは過小評価されないことを要求する。
例として,4つのベル状態の1つである[2,0,0]コードワードを安定化する3量子ビット量子プロセッサのノイズモデルに適用する。
定周波超電導量子ビットを常時オンな静的相互作用で結合した現実的なノイズ強度を考えると、2量子ビット相関を超える相関ノイズは符号シミュレーションの精度に大きく影響する。
提案手法は, 体系的なノイズ特性を提供するため, 精度が高く, 誠実でスケーラブルな近似が可能であり, デバイス全体のノイズ特性を保ちながら, 十分な量子サブシステムの完全なモデリングや実験的な評価から, 多数の量子ビットをシミュレートすることができる。
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