論文の概要: Unconditionally decoherence-free quantum error mitigation by density matrix vectorization
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.07592v1
- Date: Mon, 13 May 2024 09:55:05 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-14 14:15:10.710908
- Title: Unconditionally decoherence-free quantum error mitigation by density matrix vectorization
- Title（参考訳）: 密度行列ベクトル化による無条件デコヒーレンスフリー量子誤差緩和
- Authors: Zhong-Xia Shang, Zi-Han Chen, Cai-Sheng Cheng,
- Abstract要約: 密度行列のベクトル化に基づく量子誤差緩和の新しいパラダイムを提案する。
提案手法は,情報符号化の方法を直接変更し,ノイズのない純状態に雑音の多い量子状態の密度行列をマッピングする。
我々のプロトコルは、ノイズモデルに関する知識、ノイズ強度を調整する能力、複雑な制御ユニタリのためのアンシラキュービットを必要としない。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.2630430280861376
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Fighting against noise is crucial for NISQ devices to demonstrate practical quantum applications. In this work, we give a new paradigm of quantum error mitigation based on the vectorization of density matrices. Different from the ideas of existing quantum error mitigation methods that try to distill noiseless information from noisy quantum states, our proposal directly changes the way of encoding information and maps the density matrices of noisy quantum states to noiseless pure states, which is realized by a novel and NISQ-friendly measurement protocol and a classical post-processing procedure. Our protocol requires no knowledge of the noise model, no ability to tune the noise strength, and no ancilla qubits for complicated controlled unitaries. Under our encoding, NISQ devices are always preparing pure quantum states which are highly desired resources for variational quantum algorithms to have good performance in many tasks. We show how this protocol can be well-fitted into variational quantum algorithms. We give several concrete ansatz constructions that are suitable for our proposal and do theoretical analysis on the sampling complexity, the expressibility, and the trainability. We also give a discussion on how this protocol is influenced by large noise and how it can be well combined with other quantum error mitigation protocols. The effectiveness of our proposal is demonstrated by various numerical experiments.
- Abstract（参考訳）: NISQデバイスが実用的な量子応用を実証するためには、ノイズに対する闘いが不可欠である。
本研究では,密度行列のベクトル化に基づく量子誤差緩和の新しいパラダイムを提案する。
ノイズのない情報をノイズの多い量子状態から抽出しようとする既存の量子誤差緩和法とは異なり,本提案では,ノイズの多い量子状態の密度行列をノイズのない純粋状態に直接変換する。
我々のプロトコルは、ノイズモデルに関する知識、ノイズ強度を調整する能力、複雑な制御ユニタリのためのアンシラキュービットを必要としない。
我々のエンコーディングでは、NISQデバイスは、多くのタスクにおいて優れたパフォーマンスを持つように、変分量子アルゴリズムに非常に望ましいリソースである純粋量子状態を準備している。
我々は、このプロトコルを変分量子アルゴリズムにどのように適合させるかを示す。
本提案に適合するいくつかの具体的なアンザッツ構造を提示し,サンプリング複雑性,表現性,訓練性に関する理論的解析を行った。
また、このプロトコルが大きなノイズの影響や、他の量子エラー軽減プロトコルとどのようにうまく組み合わせられるかについても論じる。
本提案の有効性は, 種々の数値実験により実証された。
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