論文の概要: Sparse Probabilistic Synthesis of Quantum Operations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.15550v2
• Date: Thu, 31 Oct 2024 12:17:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-01 16:57:18.837044
• Title: Sparse Probabilistic Synthesis of Quantum Operations
• Title（参考訳）: 量子演算のスパース確率論的合成
• Authors: Bálint Koczor,
• Abstract要約: 量子コンピューティングにおける連続回転ゲートやNMRやMRIアプリケーションにおけるブロードバンドパルスのような多くの重要な量子演算は、有限量子資源を用いてしか実装できない。 この研究は、測定繰り返し率を緩やかに増加させ、平均的な正確な実装を可能にするアプローチを開発する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Successful implementations of quantum technologies require protocols and algorithms that use as few quantum resources as possible. However, many important quantum operations, such as continuous rotation gates in quantum computing or broadband pulses in NMR or MRI applications, can only be implemented approximately using finite quantum resources. This work develops an approach that enables -- at the cost of a modestly increased measurement repetition rate -- exact implementations on average. One proceeds by first building a library of a large number of different approximations to the desired gate operation; by randomly selecting these operations according to a pre-optimised probability distribution, one can on average implement the desired operation with a rigorously controllable approximation error. The approach relies on sophisticated tools from convex optimisation to efficiently find optimal probability distributions. A diverse spectrum of applications are demonstrated as (a) exactly synthesising rotations in fault-tolerant quantum computers using only low T-count circuits and (b) synthesising broadband and band-selective pulses of superior performance in quantum optimal control with (c) further applications in NMR or MRI. The approach is very general and a broad spectrum of practical applications in quantum technologies are explicitly demonstrated.
• Abstract（参考訳）: 量子技術の成功した実装には、可能な限り少ない量子資源を使用するプロトコルとアルゴリズムが必要である。 しかし、量子コンピューティングにおける連続回転ゲートやNMRやMRIアプリケーションにおけるブロードバンドパルスのような多くの重要な量子演算は、有限量子資源を用いてしか実装できない。 この研究は、測定繰り返し率を緩やかに増加させ、平均的な正確な実装を可能にするアプローチを開発する。 まず、多数の異なる近似のライブラリを所望のゲート操作に構築し、予め最適化された確率分布に従ってこれらの演算をランダムに選択することにより、厳密に制御可能な近似誤差で所望の操作を平均化することができる。 このアプローチは、最適確率分布を効率的に見つけるために凸最適化の洗練されたツールに依存する。 様々な応用のスペクトルが示される。 (a)低T数回路と低T数回路のみを用いたフォールトトレラント量子コンピュータの正確な回転合成 b)量子最適制御における優れた性能を有するブロードバンドと帯域選択パルスの合成 (c)NMRやMRIのさらなる応用。 このアプローチは非常に一般的であり、量子技術における幅広い実践的応用が明確に示されている。

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