論文の概要: Unifying non-Markovian characterisation with an efficient and self-consistent framework

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.08454v1
• Date: Wed, 13 Dec 2023 19:00:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-16 02:56:48.767048
• Title: Unifying non-Markovian characterisation with an efficient and self-consistent framework
• Title（参考訳）: 効率的かつ自己整合的な枠組みによる非マルコフ的特徴化
• Authors: Gregory A. L. White, Petar Jurcevic, Charles D. Hill, Kavan Modi
• Abstract要約: ほぼ全ての量子デバイスは、回路のレベルでノイズの多い量子と古典的な相関に悩まされている。 我々は、すべての非マルコフ現象を均一に包含し分類する理論的な枠組みを確立する。 我々は、ネットワーク学習を用いて効率的な再構築を定式化し、モジュール化と単純化を容易にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Noise on quantum devices is much more complex than it is commonly given credit. Far from usual models of decoherence, nearly all quantum devices are plagued both by a continuum of environments and temporal instabilities. These induce noisy quantum and classical correlations at the level of the circuit. The relevant spatiotemporal effects are difficult enough to understand, let alone combat. There is presently a lack of either scalable or complete methods to address the phenomena responsible for scrambling and loss of quantum information. Here, we make deep strides to remedy this problem. We establish a theoretical framework that uniformly incorporates and classifies all non-Markovian phenomena. Our framework is universal, assumes unknown control, and is written entirely in terms of experimentally accessible circuit-level quantities. We formulate an efficient reconstruction using tensor network learning, allowing also for easy modularisation and simplification based on the expected physics of the system. This is then demonstrated through both extensive numerical studies and experiments on IBM Quantum devices, estimating a comprehensive set of spacetime correlations. Finally, we conclude our analysis with applications thereof to the efficacy of control techniques to counteract these effects -- including noise-aware circuit compilation and optimised dynamical decoupling. We find significant improvements are possible in the diamond norm and average gate fidelity of arbitrary $SU(4)$ operations, as well as related decoupling improvements in contrast to off-the-shelf schemes.
• Abstract（参考訳）: 量子デバイスのノイズは、一般的にクレジットされるよりもずっと複雑である。 通常のデコヒーレンスモデルとは違い、ほとんどの量子デバイスは環境の連続性と時間的不安定性の両方に悩まされている。 これらは回路のレベルでノイズの多い量子と古典的な相関を誘導する。 関連する時空間効果は、戦うことはもちろん、理解しがたいほど難しい。 現在、量子情報のスクランブルと損失の原因となる現象に対処するスケーラブルな方法や完全な方法が欠如している。 ここでは、この問題の解決に深く取り組みます。 我々は、すべての非マルコフ現象を一様に組み込んで分類する理論的枠組みを確立する。 我々のフレームワークは普遍的で、未知の制御を前提としており、完全に実験的にアクセス可能な回路レベルの量で書かれています。 我々は、テンソルネットワーク学習を用いて効率的な再構成を定式化し、システムの期待する物理量に基づいて容易にモジュール化と単純化を行う。 このことは、IBMの量子デバイスに関する広範な数値研究と実験を通じて実証され、時空相関の包括的なセットを推定する。 最後に、ノイズ認識回路のコンパイルや動的疎結合の最適化など、これらの効果に対処するための制御手法の有効性について分析を行った。 ダイヤモンド標準と任意の$SU(4)$演算の平均ゲート忠実度、およびオフザシェルフスキームとは対照的にデカップリングの改善により、大きな改善が期待できる。

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