論文の概要: Theory of quantum error mitigation for non-Clifford gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.18793v1
- Date: Wed, 27 Mar 2024 17:36:35 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-28 15:59:47.988841
- Title: Theory of quantum error mitigation for non-Clifford gates
- Title（参考訳）: 非クリフォードゲートの量子誤差緩和の理論
- Authors: David Layden, Bradley Mitchell, Karthik Siva,
- Abstract要約: 量子誤差緩和技術は、複数の関連する雑音回路を実行することで、ノイズのない量子回路を模倣する。
そのような技法がいかにうまく機能するかは、根底にある門がいかにうるさいかに強く依存していると考えられている。
本稿では,これらの手法を非クリフォードゲートに一般化する。
- 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: Quantum error mitigation techniques mimic noiseless quantum circuits by running several related noisy circuits and combining their outputs in particular ways. How well such techniques work is thought to depend strongly on how noisy the underlying gates are. Weakly-entangling gates, like $R_{ZZ}(\theta)$ for small angles $\theta$, can be much less noisy than entangling Clifford gates, like CNOT and CZ, and they arise naturally in circuits used to simulate quantum dynamics. However, such weakly-entangling gates are non-Clifford, and are therefore incompatible with two of the most prominent error mitigation techniques to date: probabilistic error cancellation (PEC) and the related form of zero-noise extrapolation (ZNE). This paper generalizes these techniques to non-Clifford gates, and comprises two complementary parts. The first part shows how to effectively transform any given quantum channel into (almost) any desired channel, at the cost of a sampling overhead, by adding random Pauli gates and processing the measurement outcomes. This enables us to cancel or properly amplify noise in non-Clifford gates, provided we can first characterize such gates in detail. The second part therefore introduces techniques to do so for noisy $R_{ZZ}(\theta)$ gates. These techniques are robust to state preparation and measurement (SPAM) errors, and exhibit concentration and sensitivity--crucial features in many experiments. They are related to randomized benchmarking, and may also be of interest beyond the context of error mitigation. We find that while non-Clifford gates can be less noisy than related Cliffords, their noise is fundamentally more complex, which can lead to surprising and sometimes unwanted effects in error mitigation. Whether this trade-off can be broadly advantageous remains to be seen.
- Abstract（参考訳）: 量子誤差軽減技術は、複数の関連するノイズ回路を実行し、特定の方法でそれらの出力を組み合わせることで、ノイズのない量子回路を模倣する。
そのような技法がいかにうまく機能するかは、根底にある門がいかにうるさいかに強く依存していると考えられている。
小さな角度に対する$R_{ZZ}(\theta)$のような弱い絡み合うゲートは、CNOTやCZのようなクリフォードゲートの絡み合うよりもノイズが少なく、量子力学をシミュレートする回路に自然に現れる。
しかし、このような弱い絡み合うゲートはクリフォードではないため、現在最も顕著なエラー軽減手法である確率的エラーキャンセル(PEC)とゼロノイズ外挿法(ZNE)の2つとは相容れない。
本稿では,これらの手法を非クリフォードゲートに一般化し,相補的な2つの部分からなる。
最初の部分は、ランダムなパウリゲートを追加して測定結果を処理することで、サンプリングオーバーヘッドを犠牲にして、任意の量子チャネルを(ほとんど)任意の望ましいチャネルに効果的に変換する方法を示しています。
これにより、そのようなゲートを詳細に特徴付けることができれば、非クリフォードゲートのノイズをキャンセルまたは適切に増幅することができる。
第二部では、ノイズの多い$R_{ZZ}(\theta)$ gatesに対して、そうするテクニックを導入している。
これらの技術は、状態準備と測定(SPAM)の誤差に対して堅牢であり、多くの実験で濃度と感度の厳しい特徴を示す。
これらはランダム化ベンチマークと関連しており、エラー軽減の文脈を超えても関心があるかもしれない。
非クリフォードゲートは関連するクリフォードよりもノイズが少なくなるが、そのノイズは基本的により複雑であり、誤りの軽減に驚くべき、時には望ましくない効果をもたらす可能性がある。
このトレードオフが広く有利であるかどうかは不明だ。
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