論文の概要: Performance of Quantum Approximate Optimization with Quantum Error Detection
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.12104v1
- Date: Wed, 18 Sep 2024 16:24:43 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-19 16:45:43.733433
- Title: Performance of Quantum Approximate Optimization with Quantum Error Detection
- Title（参考訳）: 量子誤差検出による量子近似最適化の性能評価
- Authors: Zichang He, David Amaro, Ruslan Shaydulin, Marco Pistoia,
- Abstract要約: 量子近似最適化アルゴリズム(QAOA)は、スケールアップに期待できる候補である。
QAOAでより優れた古典的なパフォーマンスを達成するには、耐障害性が必要であると考えられている。
我々は,QAOAのフォールトトレラントな実装を$[[k+2,k,2]$ Icebergのエラー検出コードを用いて実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.0174252910776556
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum algorithms must be scaled up to tackle real-world applications. Doing so requires overcoming the noise present on today's hardware. The quantum approximate optimization algorithm (QAOA) is a promising candidate for scaling up due to its modest resource requirements and documented asymptotic speedup over state-of-the-art classical algorithms for some problems. However, achieving better-than-classical performance with QAOA is believed to require fault tolerance. In this paper, we demonstrate a partially fault-tolerant implementation of QAOA using the $[[k+2,k,2]]$ ``Iceberg'' error detection code. We observe that encoding the circuit with the Iceberg code improves the algorithmic performance as compared to the unencoded circuit for problems with up to $20$ logical qubits on a trapped-ion quantum computer. Additionally, we propose and calibrate a model for predicting the code performance, and use it to characterize the limits of the Iceberg code and extrapolate its performance to future hardware with improved error rates. In particular, we show how our model can be used to determine necessary conditions for QAOA to outperform Goemans-Williamson algorithm on future hardware. Our results demonstrate the largest universal quantum computing algorithm protected by partially fault-tolerant quantum error detection on practical applications to date, paving the way towards solving real-world applications with quantum computers.
- Abstract（参考訳）: 量子アルゴリズムは、現実世界のアプリケーションに取り組むためにスケールアップされなければならない。
そのためには、今日のハードウェアにあるノイズを克服する必要がある。
量子近似最適化アルゴリズム(QAOA)は、その質素なリソース要求と、いくつかの問題に対する最先端の古典的アルゴリズムに対する漸近的な高速化により、スケールアップの候補として期待できる。
しかし、QAOAでより優れた古典的な性能を達成するには耐障害性が必要であると考えられている。
本稿では,$[[k+2,k,2]]$`Iceberg''エラー検出コードを用いて,QAOAの部分的にフォールトトレラントな実装を示す。
トラップイオン量子コンピュータ上で20ドル以上の論理量子ビットを持つ問題に対して、Iceberg符号で回路を符号化することで、未符号化回路と比較してアルゴリズムの性能が向上する。
さらに,コード性能予測モデルの提案と校正を行い,Iceberg符号の限界を特徴付けるとともに,その性能を将来のハードウェアに拡張し,エラー率を向上させる。
特に,QAOAが将来のハードウェア上でのGoemans-Williamsonアルゴリズムに勝るために必要な条件を決定するために,我々のモデルをどのように利用できるかを示す。
提案手法は, 量子コンピュータによる現実の応用への道筋をたどるとともに, 実用的応用において, 部分的にフォールトトレラントな量子エラー検出によって保護される最大の普遍量子コンピューティングアルゴリズムを示すものである。
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