論文の概要: A zero-entropy classical shadow reconstruction of density state operators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.17317v1
• Date: Fri, 30 Aug 2024 14:25:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-09-02 15:08:40.257530
• Title: A zero-entropy classical shadow reconstruction of density state operators
• Title（参考訳）: 密度状態作用素のゼロエントロピー古典的影再構成
• Authors: J. A. Montañez-Barrera, G. P. Beretta, Kristel Michielsen, Michael R. von Spakovsky,
• Abstract要約: ゼロエントロピー古典影(ZECS)は、正の半定値および単位トレース密度状態演算子を再構成することに焦点を当てた手法である。 6000発の撮影で,127qubits ibm_brisbaneデバイス上で2,3,4qubitsの特性を診断できることがわかった。 また、ZECSをルーティング手法として、および非局所雑音相関検出器として、また2つの応用を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3749861135832073
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Classical shadow (CS) has opened the door to predicting the characteristics of quantum systems using very few measurements. As quantum systems grow in size, new ways to characterize them are needed to show the quality of their qubits, gates, and how noise affects them. In this work, we explore the capabilities of CS for reconstructing density state operators of sections of quantum devices to make a diagnostic of their qubits quality. We introduce zero-entropy classical shadow (ZECS), a methodology that focuses on reconstructing a positive semidefinite and unit trace density state operator using the CS information. This procedure makes a reliable reconstruction of the density state operator removing partially the errors associated with a limited sampling and quantum device noise. It gives a threshold of the maximum coherent information that qubits on a quantum device have. We test ZECS on ibm_lagos and ibm_brisbane using up to 10,000 shots. We show that with only 6,000 shots, we can make a diagnostic of the properties of groups of 2, 3, and 4 qubits on the 127-qubits ibm_brisbane device. We show two applications of ZECS: as a routing technique and as a detector for non-local noisy correlations. In the routing technique, an optimal set of 20 ibm_brisbane qubits is selected based on the ZECS procedure and used for a quantum optimization application. This method improves the solution quality by 10% and extends the quantum algorithm's lifetime by 33% when compared to the qubits chosen by the best transpilation procedure in Qiskit. Additionally, with the detector of non-local correlations, we identify regions of ibm\_brisbane that are not directly connected but have a strong correlation that maintains in time, suggesting some non-local crosstalk that can come, for example, at the multiplexing readout stage.
• Abstract（参考訳）: 古典的影(CS)は、ごく少数の測定値を用いて量子系の特性を予測するための扉を開いた。 量子システムのサイズが大きくなるにつれて、量子ビットの質、ゲート、ノイズの影響を示す新しい方法が求められます。 本研究では,量子デバイス部分の密度状態演算子を再構成し,量子ビットの品質を診断するCSの機能について検討する。 ゼロエントロピー古典影(ZECS)は,CS情報を用いた正の半定値および単位トレース密度状態演算子の再構成に焦点を当てた手法である。 この手順は、限られたサンプリングと量子デバイスノイズに関連するエラーの一部を除去する密度状態演算子の信頼性の高い再構成を行う。 量子デバイス上の量子ビットが持つ最大コヒーレント情報のしきい値を与える。 ibm_lagos と ibm_brisbane の ZECS を最大10,000 ショットでテストする。 6000発の撮影で,127qubits ibm_brisbaneデバイス上で2,3,4qubitsの特性を診断できることがわかった。 ZECSの2つの応用として、ルーティング手法と非局所雑音相関検出器について述べる。 ルーティング手法では、ZECS手順に基づいて20ibm_brisbane量子ビットの最適セットを選択し、量子最適化アプリケーションに使用する。 この方法では、Qiskitの最良のトランスパイレーション手順によって選択されたキュービットと比較して、解の質を10%改善し、量子アルゴリズムの寿命を33%延長する。 さらに、非局所相関検出器を用いて、直接接続されていないが時間的に保たれる強い相関を持つibm\_brisbane領域を同定し、例えば多重化読み出し段階では、いくつかの非局所クロストークが現れることを示唆する。

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