論文の概要: Robustness of near-thermal dynamics on digital quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.10794v2
- Date: Mon, 4 Nov 2024 20:41:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-06 15:11:34.543910
- Title: Robustness of near-thermal dynamics on digital quantum computers
- Title（参考訳）: ディジタル量子コンピュータにおける近熱力学のロバスト性
- Authors: Eli Chertkov, Yi-Hsiang Chen, Michael Lubasch, David Hayes, Michael Foss-Feig,
- Abstract要約: トロッター化量子回路は、広く想定されるよりも、量子ゲート誤差とトロッター(離散化)誤差の両方に対してより堅牢であることを示す。
我々は、熱状態に近いランダムな生成状態の統計的アンサンブルである新しい理論ツールを使用する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.124390946636936
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Understanding the impact of gate errors on quantum circuits is crucial to determining the potential applications of quantum computers, especially in the absence of large-scale error-corrected hardware. We put forward analytical arguments, corroborated by extensive numerical and experimental evidence, that Trotterized quantum circuits simulating the time-evolution of systems near thermal equilibrium are substantially more robust to both quantum gate errors and Trotter (discretization) errors than is widely assumed. In Quantinuum's trapped-ion computers, the weakly entangling gates that appear in Trotterized circuits can be implemented natively, and their error rate is smaller when they generate less entanglement; from benchmarking, we know that the error for a gate $\exp[-i (Z\otimes Z) \tau]$ decreases roughly linearly with $\tau$, up to a small offset at $\tau = 0$. We provide extensive evidence that this scaling, together with the robustness of near-thermal dynamics to both gate and discretization errors, facilitates substantial improvements in the achievable accuracy of Trotterized dynamics on near-term quantum computers. We make heavy use of a new theoretical tool -- a statistical ensemble of random product states that approximates a thermal state, which can be efficiently prepared with low noise on quantum computers. We outline how the random product state ensemble can be used to predict, optimize, and design Hamiltonian simulation experiments on near-thermal quantum systems.
- Abstract（参考訳）: 量子回路におけるゲートエラーの影響を理解することは、量子コンピュータの潜在的な応用、特に大規模なエラー訂正ハードウェアが存在しない場合、決定に不可欠である。
熱平衡付近の系の時間進化をシミュレートするトロッター化量子回路は、広く仮定されるよりも量子ゲート誤差とトロッター(離散化)誤差の両方に対してかなり堅牢である。
Quantinuumの閉じ込められたイオンコンピュータでは、トロッター回路に現れる弱いエンタングリングゲートをネイティブに実装でき、そのエラー率は、より少ないエンタングメントを生成するときに小さくなります。
このスケーリングは、ゲートおよび離散化エラーに対する近熱力学の堅牢性とともに、短期量子コンピュータ上でのトロッタライズドダイナミクスの達成可能な精度を大幅に向上させる。
我々は、量子コンピュータ上の低ノイズで効率的に準備できる熱状態を近似する、ランダムな生成状態の統計的アンサンブルである新しい理論ツールを多用している。
準熱量子系のハミルトンシミュレーション実験を予測、最適化、設計するために、ランダムな積状態アンサンブルがどのように使用できるのかを概説する。
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