論文の概要: Estimating the Effect of Crosstalk Error on Circuit Fidelity Using Noisy Intermediate-Scale Quantum Devices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.06952v3
• Date: Tue, 05 Nov 2024 09:23:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-06 14:57:21.038009
• Title: Estimating the Effect of Crosstalk Error on Circuit Fidelity Using Noisy Intermediate-Scale Quantum Devices
• Title（参考訳）: 雑音中規模量子デバイスを用いたクロストーク誤差の回路忠実度に及ぼす影響の推定
• Authors: Sovanmonynuth Heng, Myeongseong Go, Youngsun Han,
• Abstract要約: 並列命令間のクロストークは量子状態を破損させ、不正なプログラム実行を引き起こす。 NISQ装置におけるクロストーク誤り効果の解析を行う。 実験では,3種類のIBM量子デバイスのクロストーク誤差モデルについて実験を行った。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Current advancements in technology have focused the attention of the quantum computing community toward exploring the potential of near-term devices whose computing power surpasses that of classical computers in practical applications. An unresolved central question revolves around whether the inherent noise in these devices can be overcome or whether any potential quantum advantage would be limited. There is no doubt that crosstalk is one of the main sources of noise in noisy intermediate-scale quantum (NISQ) systems, and it poses a fundamental challenge to hardware designs. Crosstalk between parallel instructions can corrupt quantum states and cause incorrect program execution. In this study, we present a necessary analysis of the crosstalk error effect on NISQ devices. Our approach is extremely straightforward and practical to estimate the crosstalk error of various multi-qubit devices. In particular, we combine the randomized benchmarking (RB) and simultaneous randomized benchmarking (SRB) protocol to estimate the crosstalk error from the correlation controlled-NOT (CNOT) gate. We demonstrate this protocol experimentally on 5-, 7-, \& 16-qubit devices. Our results demonstrate the crosstalk error model of three different IBM quantum devices over the experimental week and compare the error variation against the machine, number of qubits, quantum volume, processor, and topology. We then confirm the improvement in the circuit fidelity on different benchmarks by up to 3.06x via inserting an instruction barrier, as compared with an IBM quantum noisy device which offers near-optimal crosstalk mitigation in practice. Finally, we discuss the current system limitation, its tradeoff on fidelity and depth, noise beyond the NISQ system, and mitigation opportunities to ensure that the quantum operation can perform its quantum magic undisturbed.
• Abstract（参考訳）: テクノロジーの最近の進歩は、量子コンピューティングコミュニティの注目を、計算能力が古典的コンピュータを上回り、実用的応用において、短期的なデバイスの可能性を探ることに向けている。 未解決の問題は、これらのデバイスに固有のノイズが克服できるかどうか、あるいは潜在的な量子的優位性が制限されるかどうかに関するものである。 クロストークは、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)システムにおけるノイズの主な源の1つであり、ハードウェア設計において根本的な課題であることは間違いない。 並列命令間のクロストークは量子状態を破損させ、不正なプログラム実行を引き起こす。 そこで本研究では,NISQデバイスにおけるクロストーク誤りの影響について,必要な解析を行った。 提案手法は,様々なマルチキュービットデバイスにおけるクロストーク誤差を推定する上で,極めて単純かつ実用的な手法である。 特に、ランダム化ベンチマーク(RB)と同時ランダム化ベンチマーク(SRB)プロトコルを組み合わせて、相関制御NOT(CNOT)ゲートからクロストーク誤差を推定する。 5ビット、7ビット、および16ビットのデバイスで実験的にこのプロトコルを実証する。 実験では,IBMの3種類の量子デバイスのクロストーク誤差モデルを用いて,マシン,量子ビット数,量子ボリューム,プロセッサ,トポロジの誤差変動を比較した。 次に、命令障壁を挿入することで、異なるベンチマークにおける回路の忠実度を最大3.06倍に向上させることを確認し、実際に、最適に近いクロストークを緩和するIBMの量子ノイズデバイスと比較する。 最後に、現在のシステム制限、忠実度と深さのトレードオフ、NISQシステム以外のノイズ、量子演算が乱れないようにするための緩和機会について論じる。

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