論文の概要: Error Crafting in Probabilistic Quantum Gate Synthesis

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.15565v1
• Date: Fri, 24 May 2024 13:54:11 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-05-27 13:50:09.496156
• Title: Error Crafting in Probabilistic Quantum Gate Synthesis
• Title（参考訳）: 確率量子ゲート合成における誤差加工
• Authors: Nobuyuki Yoshioka, Seiseki Akibue, Hayata Morisaki, Kento Tsubouchi, Yasunari Suzuki,
• Abstract要約: 我々は,誤り合成が完全かつ効率的に評価できるという事実を生かしている。 クリフォード+T形式に基づくパウリ回転の数値的な証拠を示す。 我々の研究は、エラー対策を編成する量子回路設計とアーキテクチャの新たな道を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.16777183511743468
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: At the early stage of fault-tolerant quantum computing, it is envisioned that the gate synthesis of a general unitary gate into universal gate sets yields error whose magnitude is comparable with the noise inherent in the gates themselves. While it is known that the use of probabilistic synthesis already suppresses such coherent errors quadratically, there is no clear understanding on its remnant error, which hinders us from designing a holistic error countermeasure that is effectively combined with error suppression and mitigation. In this work, we propose that, by exploiting the fact that synthesis error can be characterized completely and efficiently, we can craft the remnant error of probabilistic synthesis such that the error profile satisfies desirable properties. We prove for the case of single-qubit unitary synthesis that, there is a guaranteed way to perform probabilistic synthesis such that we can craft the remnant error to be described by Pauli and depolarizing errors, while the conventional twirling cannot be applied in principle. Furthermore, we show a numerical evidence for the synthesis of Pauli rotations based on Clifford+T formalism that, we can craft the remnant error so that it can be eliminated up to {\it cubic} order by combining logical measurement and feedback operations. As a result, Pauli rotation gates can be implemented with T counts of $\log_2(1/\varepsilon)$ on average up to accuracy of $\varepsilon=10^{-9}$, which can be applied to early fault-tolerant quantum computation beyond classical tractability. Our work opens a novel avenue in quantum circuit design and architecture that orchestrates error countermeasures.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピューティングの初期段階において、一般ユニタリゲートの普遍ゲート集合へのゲート合成は、ゲート自体に固有のノイズに匹敵する大きさの誤差をもたらすと想定されている。 確率論的合成の使用は、既にそのようなコヒーレントな誤りを2次的に抑制していることは知られているが、その残差についての明確な理解は得られず、エラーの抑制と緩和を効果的に組み合わせた全体的エラー対策の設計を妨げている。 本研究では, 合成誤差が完全かつ効率的に特徴付けられるという事実を利用して, 誤差プロファイルが望ましい特性を満たすように確率的合成の残差を発生させることができることを提案する。 単量子ユニタリ合成の場合、パウリによって記述される残差誤差を発生させ、誤差を非分極化できるような確率的合成を行う方法が保証されているが、従来のツイリングは原則として適用できない。 さらに, クリフォード+T形式に基づくパウリ回転合成の数値的証拠として, 論理的測定とフィードバック操作を組み合わせることにより, 残差誤差を3次オーダーまで除去できることを示す。 結果として、パウリの回転ゲートは平均で$\log_2(1/\varepsilon)$で実装でき、古典的トラクタビリティを超える早期のフォールトトレラント量子計算にも適用できる。 我々の研究は、エラー対策を編成する量子回路設計とアーキテクチャの新たな道を開く。

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