論文の概要: Scalability of quantum error mitigation techniques: from utility to advantage
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.13542v1
- Date: Wed, 20 Mar 2024 12:26:51 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-21 16:57:51.271922
- Title: Scalability of quantum error mitigation techniques: from utility to advantage
- Title（参考訳）: 量子エラー緩和技術のスケーラビリティ-有用性から有効性へ-
- Authors: Sergey N. Filippov, Sabrina Maniscalco, Guillermo García-Pérez,
- Abstract要約: エラー軽減は量子コンピューティングを数百の量子ビットと数十のレイヤーのスケールに高めた。
しかし、量子コンピューティングの可能性を完全に活用するためには、より大きなスケール(ディーパー回路)が必要である。
ここでは、量子ユーティリティから量子優位への飛躍の道を開く3つの重要な結果を示す。
- 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: Error mitigation has elevated quantum computing to the scale of hundreds of qubits and tens of layers; however, yet larger scales (deeper circuits) are needed to fully exploit the potential of quantum computing to solve practical problems otherwise intractable. Here we demonstrate three key results that pave the way for the leap from quantum utility to quantum advantage: (1) we present a thorough derivation of random and systematic errors associated to the most advanced error mitigation strategies, including probabilistic error cancellation (PEC), zero noise extrapolation (ZNE) with probabilistic error amplification, and tensor-network error mitigation (TEM); (2) we prove that TEM (i) has the lowest sampling overhead among all three techniques under realistic noise, (ii) is optimal, in the sense that it saturates the universal lower cost bound for error mitigation, and (iii) is therefore the most promising approach to quantum advantage; (3) we propose a concrete notion of practical quantum advantage in terms of the universality of algorithms, stemming from the commercial need for a problem-independent quantum simulation device. We also establish a connection between error mitigation, relying on additional measurements, and error correction, relying on additional qubits, by demonstrating that TEM with a sufficient bond dimension works similarly to an error correcting code of distance 3. We foresee that the interplay and trade-off between the two resources will be the key to a smooth transition between error mitigation and error correction, and hence between near-term and fault-tolerant quantum computers. Meanwhile, we argue that quantum computing with optimal error mitigation, relying on modest classical computer power for tensor network contraction, has the potential to reach larger scales in accurate simulation than classical methods alone.
- Abstract（参考訳）: 誤り軽減は、数百の量子ビットと数十のレイヤーのスケールに量子コンピューティングを上昇させたが、より大規模な(ディーパー回路)は、量子コンピューティングの潜在能力を十分に活用し、それ以外は難解な問題を解くために必要である。
ここでは、量子ユーティリティーから量子優位への飛躍の道を開く3つの重要な結果を示す:(1)確率的エラーキャンセル(PEC)、確率的エラー増幅によるゼロノイズ外挿(ZNE)、テンソルネットワークエラー緩和(TEM)など、最も先進的なエラー軽減戦略に関連するランダムおよび体系的エラーの徹底的導出を示す。
(i)現実的な雑音下での3つの技法のうち、サンプリングオーバーヘッドが最低である。
(ii)は、エラー軽減のための普遍的低コストを飽和させるという意味で最適である。
3)問題に依存しない量子シミュレーション装置の商業的ニーズから,アルゴリズムの普遍性の観点から,実用的な量子優位性の概念を提案する。
また、十分な結合次元を持つTEMが距離3の誤り訂正符号と同様に動作することを示すことにより、誤差緩和、追加の測定への依存、および追加のキュービットに依存する誤り訂正の接続を確立する。
この2つのリソース間の相互作用とトレードオフは、エラー緩和とエラー訂正のスムーズな遷移の鍵であり、したがって、短期的およびフォールトトレラントな量子コンピュータの間にある。
一方、テンソルネットワークの収縮に控えめな古典的コンピュータパワーを頼りにしている最適誤差軽減を伴う量子コンピューティングは、古典的手法単独よりも高精度なシミュレーションでより大きなスケールに達する可能性があると論じる。
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