論文の概要: Accurate and Honest Approximation of Correlated Qubit Noise
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.09305v3
- Date: Fri, 04 Apr 2025 16:29:30 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-07 11:27:03.914193
- Title: Accurate and Honest Approximation of Correlated Qubit Noise
- Title（参考訳）: 相関ビット雑音の高精度・高次近似
- Authors: F. Setiawan, Alexander V. Gramolin, Elisha S. Matekole, Hari Krovi, 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:
- 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. 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 noise channel into components based on interqubit correlation degree. We 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 [[2,0,2]] 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 characterization of multi-qubit noise correlations, it enables the potential for accurate, honest and scalable approximations to simulate large numbers of qubits from full modeling or experimental characterizations of small enough quantum subsystems, which are efficient yet 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な量子コンピュータを構築する上で重要である。
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。
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。
このような近似チャネルを定式化するために、まずクラスタ展開アプローチと呼ばれる手法を提案し、実雑音チャネルのリンドブラディアン発生器を、ビット間相関度に基づいて成分に分解する。
我々は,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が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,ベル状態の1つである[2,0,2]コーデワードを安定化した3ビット量子プロセッサの雑音をモデル化するために,本手法を適用した。
固定周波数超伝導量子ビットが常時オンの静的相互作用を介して結合する現実的な雑音強度に対して、2量子相関を超える相関ノイズがコードシミュレーション精度に大きく影響することを発見した。
提案手法は,マルチキュービット雑音相関の体系的特徴付けを提供するため,精度が高く,誠実でスケーラブルな近似が可能であり,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大量のキュービットをシミュレートすることができる。
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