論文の概要: Error mitigation and circuit division for early fault-tolerant quantum phase estimation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.05369v1
- Date: Mon, 7 Oct 2024 18:00:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-01 18:57:16.318963
- Title: Error mitigation and circuit division for early fault-tolerant quantum phase estimation
- Title（参考訳）: 早期フォールトトレラント量子位相推定のための誤差緩和と回路分割
- Authors: Alicja Dutkiewicz, Stefano Polla, Maximilian Scheurer, Christian Gogolin, William J. Huggins, Thomas E. O'Brien,
- Abstract要約: 本稿では,誤り訂正オーバーヘッドと残差論理ノイズとのトレードオフにより,早期耐故障性アルゴリズムを設計するための枠組みを提案する。
我々は,大域的偏極雑音に頑健なQFT(Quantum-Fourier-Transform)に基づく量子位相推定法を開発した。
この研究は、早期耐故障コストの削減と時空トレードオフをエンドツーエンドで分析し、将来どの領域が改善できるかを特定する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.023787965910387825
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: As fully fault-tolerant quantum computers capable of solving useful problems remain a future goal, we anticipate an era of "early fault tolerance" allowing for limited error correction. We propose a framework for designing early fault-tolerant algorithms by trading between error correction overhead and residual logical noise, and apply it to quantum phase estimation (QPE). We develop a quantum-Fourier-transform (QFT)-based QPE technique that is robust to global depolarising noise and outperforms the previous state of the art at low and moderate noise rates. We further develop a data processing technique, Explicitly Unbiased Maximum Likelihood Estimation (EUMLE), allowing us to mitigate arbitrary error on QFT-based QPE schemes in a consistent, asymptotically normal way. This extends quantum error mitigation techniques beyond expectation value estimation, which was labeled an open problem for the field. Applying this scheme to the ground state problem of the two-dimensional Hubbard model and various molecular Hamiltonians, we find we can roughly halve the number of physical qubits with a $\sim10\times$ wall-clock time overhead, but further reduction causes a steep runtime increase. This work provides an end-to-end analysis of early fault-tolerance cost reductions and space-time trade-offs, and identifies which areas can be improved in the future.
- Abstract（参考訳）: 有用な問題を解くことができる完全フォールトトレラントな量子コンピュータは将来的な目標であり、我々は、限られた誤り訂正を可能にする「早期フォールトトレランス」の時代を期待する。
本稿では,誤り訂正オーバヘッドと残差論理ノイズを交換して早期耐故障性アルゴリズムを設計するためのフレームワークを提案し,量子位相推定(QPE)に適用する。
量子フーリエ変換(QFT)に基づくQPE技術を開発した。
さらにデータ処理技術であるEUMLE(Explicitly Unbiased Maximum Likelihood Estimation)を開発し、QFTベースのQPEスキームにおける任意のエラーを、一貫した漸近的な方法で軽減する。
これにより、場のオープンな問題としてラベル付けされた期待値推定を超えた量子エラー軽減技術が拡張される。
このスキームを2次元ハバードモデルと様々な分子ハミルトニアンの基底状態問題に適用すると、約半分の物理量子ビットを$\sim10\times$ Wall-clock のオーバーヘッドで半分にすることができるが、さらに減少すると実行時間が急上昇する。
この研究は、早期耐故障コストの削減と時空トレードオフをエンドツーエンドで分析し、将来どの領域が改善できるかを特定する。
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