論文の概要: Optimal and robust error filtration for quantum information processing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.01398v2
• Date: Mon, 03 Feb 2025 20:28:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-05 14:54:31.721221
• Title: Optimal and robust error filtration for quantum information processing
• Title（参考訳）: 量子情報処理のための最適かつロバストな誤りフィルタ
• Authors: Aaqib Ali, Giovanni Scala, Cosmo Lupo,
• Abstract要約: 誤差フィルタリング(Error filtration)は、補助量子ビットとエンタングゲートを利用してノイズを緩和するハードウェアスキームである。 異なるアプリケーションに対応するメリットの数字に対して、我々のアプローチをベンチマークします。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Error filtration is a hardware scheme that mitigates noise by exploiting auxiliary qubits and entangling gates. Although both signal and ancillas are subject to local noise, constructive interference(and in some cases post-selection) allows us to reduce the noise level in the signal qubit. Here we determine the optimal entangling unitary gates that make the qubits interfere most effectively,starting from a set of universal gates and proceeding by optimizing suitable functionals by gradient-descent or stochastic approximation. We examine how our optimized scheme behaves under imperfect implementation, where ancillary qubits may be noisy or subject to cross-talk. Even with these imperfections, we find that adding more ancillary qubits helps in protecting quantum information.We benchmark our approach against figures of merit that correspond to different applications, including entanglement fidelity, quantum Fisher information (for applications in quantum sensing),and CHSH value (for cryptographic applications), with one, two, and three ancillary qubits. With one and two ancillas we also provide analytical explicit expressions from an ansatz for the optimal unitary. We also compare our method with the recently introduced Superposed Quantum Error Mitigation (SQEM) scheme based on superposition of causal orders, and show that, for a wide range of noise strengths, our approach may outperform SQEM in terms of effectiveness and robustness.
• Abstract（参考訳）: 誤差フィルタリング(Error filtration)は、補助量子ビットとエンタングゲートを利用してノイズを緩和するハードウェアスキームである。 信号とアンシラの両方が局所雑音を受けるが、構成的干渉(および選択後)により、信号量子ビットの雑音レベルを低減できる。 ここでは、量子ビットを最も効果的に干渉させる最適エンタングリングユニタリゲートを決定し、一組の普遍ゲートから出発し、勾配および確率近似により適切な汎函数を最適化することによって進行する。 最適化方式が不完全な実装の下でどのように振る舞うかを検討する。 このような不完全性があっても、より多くの補助量子ビットを追加することが量子情報の保護に役立ちます。我々は、1、2、3個の補助量子ビットで、絡み合いの忠実さ、量子フィッシャー情報(量子センシングへの応用)、CHSH値(暗号応用)など、異なる応用に対応するメリットの数値に対して、我々のアプローチをベンチマークします。 1つのアンシラと2つのアンシラでは、最適なユニタリに対してアンサッツから解析的明示的な表現を提供する。 また,提案手法を,因果順序の重畳に基づくSQEM(Superposed Quantum Eitior Mitigation)方式と比較し,より広範囲の雑音強度に対して,有効性とロバスト性の観点からSQEMより優れていることを示す。

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