論文の概要: Low Depth Virtual Distillation of Quantum Circuits by Deterministic Circuit Decomposition

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.18874v1
• Date: Thu, 29 Feb 2024 05:43:50 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-01 15:50:49.630697
• Title: Low Depth Virtual Distillation of Quantum Circuits by Deterministic Circuit Decomposition
• Title（参考訳）: 決定論的回路分解による量子回路の低深度仮想蒸留
• Authors: Akib Karim, Shaobo Zhang, Muhammad Usman
• Abstract要約: マルチキュービット期待値に対する低深さ回路分解を探索する。 提案手法は, 量子ビット数を持つ線形エンタングルゲートを付加するが, 余分な測定を必要とする。 ここでは,Bゲートを用いて,全ての期待値に対して低深さ分解を用いて保存した場合に,これが起こることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.2324291158432517
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Virtual distillation (VD) using measurements of multiple copies of a quantum circuit have recently been proposed as a method of noise mitigation of expectation values. Circuit decompositions known as B gates were found only for single qubit expectation values however practical calculations require multi-qubit expectation values which cannot be corrected with B gates. We discover low depth circuit decompositions for multi-qubit expectation values by combining multiple projections to recover the correct measurement statistics or expectation values. Our method adds linear entangling gates with number of qubits, but requires extra measurements. Furthermore, in applications to find ground states such as the variational quantum eigensolver (VQE) algorithm, the variational principle is required which states the energy cannot go below the ground state energy. We discover that the variational principle is violated if noise is higher on single expectation values than multi-qubit which renders VQE useless. We show this occurs when using B gates and is preserved if using our low depth decomposition on all expectation values. We perform demonstration on real devices and demonstrate our decomposition can mitigate real experimental noise in VQE for the H$_2$ molecule with a two qubit tapered mapping, H$_3$ with three qubits, and H$_2$ with four qubits. Our decomposition provides a way to perform duplicate circuit virtual distillation on real devices at significantly lower depth and for arbitrary observables.
• Abstract（参考訳）: 量子回路の多重コピー測定を用いた仮想蒸留(vd)は,最近,期待値のノイズ低減の一手法として提案されている。 bゲートと呼ばれる回路分解は単一の量子ビット期待値に対してのみ見出されたが、実用的な計算にはbゲートでは修正できないマルチ量子ビット期待値が必要である。 我々は、複数の投影を組み合わせて正確な測定統計値や期待値を復元することで、マルチキュービット予測値に対する低深さ回路分解を発見する。 提案手法は, 量子ビット数を持つ線形エンタングルゲートを付加するが, 余分な測定を必要とする。 さらに、変分量子固有ソルバ(vqe)アルゴリズムのような基底状態を見つけるアプリケーションでは、エネルギーが基底状態エネルギーを下回ることのできない状態の変分原理が必要となる。 ノイズがVQEを不要にするマルチキュービットよりも1つの期待値に高い場合、変動原理は違反する。 これはbゲートを使用する場合に起こり、すべての期待値の低深さ分解を使用すると保存される。 実デバイス上で実演を行い,その分解により,2キュービットのテーパマップを持つH$2$分子,3キュービットを持つH$_3$,4キュービットを持つH$2$分子に対する実実験ノイズを緩和できることを示す。 この分解は,実デバイス上で,より低い深さと任意の可観測性で重複回路を仮想蒸留する方法を提供する。

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