論文の概要: Compilation of Trotter-Based Time Evolution for Partially Fault-Tolerant Quantum Computing Architecture
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.14929v1
- Date: Tue, 27 Aug 2024 10:07:34 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-28 14:13:27.277316
- Title: Compilation of Trotter-Based Time Evolution for Partially Fault-Tolerant Quantum Computing Architecture
- Title（参考訳）: 部分的フォールトトレラント量子コンピューティングアーキテクチャのためのトロッター時間進化のコンパイル
- Authors: Yutaro Akahoshi, Riki Toshio, Jun Fujisaki, Hirotaka Oshima, Shintaro Sato, Keisuke Fujii,
- Abstract要約: 2次元ハバードモデルハミルトンの時間発展をシミュレーションする効率的な方法を提案する。
解析の結果, 単純直列コンパイルに比べて10倍以上の高速化が得られた。
物理誤差率が$p_rm phys = 10-4$のデバイスの場合、地上でのエネルギー推定を高速化するためには、およそ6.5倍 104$ の物理量子ビットが必要であると推定する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6449786007855248
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Achieving practical quantum speedup with limited resources is a crucial challenge in both academic and industrial communities. To address this, a partially fault-tolerant quantum computing architecture called ``space-time efficient analog rotation quantum computing architecture (STAR architecture)'' has been recently proposed. This architecture focuses on minimizing resource requirements while maximizing the precision of non-Clifford gates, essential for universal quantum computation. However, non-deterministic processes such as the repeat-until-success (RUS) protocol and state injection can introduce significant computational overhead. Therefore, optimizing the logical circuit to minimize this overhead by using efficient fault-tolerant operations is essential. This paper presents an efficient method for simulating the time evolution of the 2D Hubbard model Hamiltonian, a promising application of the STAR architecture. We present two techniques, parallel injection protocol and adaptive injection region updating, to reduce unnecessary time overhead specific to our architecture. By integrating these with the existing fSWAP technique, we develop an efficient Trotter-based time evolution operation for the 2D Hubbard model. Our analysis reveals an acceleration of over 10 times compared to naive serial compilation. This optimized compilation enables us to estimate the computational resources required for quantum phase estimation of the 2D Hubbard model. For devices with a physical error rate of $p_{\rm phys} = 10^{-4}$, we estimate that approximately $6.5 \times 10^4$ physical qubits are required to achieve faster ground state energy estimation of the $8\times8$ Hubbard model compared to classical computation.
- Abstract（参考訳）: 限られた資源で実用的な量子スピードアップを実現することは、学術と工業の両方において重要な課題である。
これを解決するために,「時空効率的なアナログ回転量子コンピューティングアーキテクチャ(STARアーキテクチャ)」と呼ばれる部分的にフォールトトレラントな量子コンピューティングアーキテクチャが最近提案されている。
このアーキテクチャは、リソース要件の最小化と、普遍的な量子計算に不可欠な非クリフォードゲートの精度の最大化に焦点を当てている。
しかし、リピート・アンティル・サクセス(RUS)プロトコルや状態注入のような非決定論的プロセスは、計算オーバーヘッドを著しく引き起こす可能性がある。
したがって、効率的なフォールトトレラント演算を用いることで、このオーバーヘッドを最小限に抑えるために論理回路を最適化することが不可欠である。
本稿では,STARアーキテクチャの有望な応用である2次元ハバードモデルハミルトンの時間発展をシミュレーションする効率的な手法を提案する。
並列インジェクションプロトコルとアダプティブインジェクション領域の更新という2つの手法を提案する。
これらを既存のfSWAP手法と統合することにより、2D Hubbardモデルのための効率的なTrotterベースの時間進化演算を開発する。
解析の結果, 単純直列コンパイルに比べて10倍以上の高速化が得られた。
この最適化されたコンパイルにより、2次元ハバードモデルの量子位相推定に必要な計算資源を推定できる。
物理誤差率が$p_{\rm phys} = 10^{-4}$のデバイスの場合、古典計算と比較して8\times 8$ Hubbardモデルよりも高速な基底状態エネルギー推定を実現するために約6.5 \times 10^4$ physical qubitsが必要であると推定する。
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