論文の概要: Non-zero noise extrapolation: accurately simulating noisy quantum circuits with tensor networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.13237v1
- Date: Wed, 22 Jan 2025 21:42:24 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-24 15:57:58.846337
- Title: Non-zero noise extrapolation: accurately simulating noisy quantum circuits with tensor networks
- Title（参考訳）: 非ゼロノイズ外挿-テンソルネットワークを用いたノイズ量子回路の高精度シミュレーション-
- Authors: Anthony P. Thompson, Arie Soeteman, Chris Cade, Ido Niesen,
- Abstract要約: ノイズ量子回路のテンソルネットワークシミュレーションの精度を大幅に向上させる手法を開発した。
当社の手法は、特に低ノイズ体制に合わせた高ゲート忠実性(High Gate-fidelity)の利点を生んでいる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5062312533373298
- License:
- Abstract: Understanding the effects of noise on quantum computations is fundamental to the development of quantum hardware and quantum algorithms. Simulation tools are essential for quantitatively modelling these effects, yet unless artificial restrictions are placed on the circuit or noise model, accurately modelling noisy quantum computations is an extremely challenging task due to unfavourable scaling of required computational resources. Tensor network methods offer a viable solution for simulating computations that generate limited entanglement or that have noise models which yield low gate fidelities. However, in the most interesting regime of entangling circuits (with high gate fidelities) relevant for error correction and mitigation tensor network simulations often achieve poor accuracy. In this work we develop and numerically test a method for significantly improving the accuracy of tensor network simulations of noisy quantum circuits in the low-noise (i.e. high gate-fidelity) regime. Our method comes with the advantages that it (i) allows for the simulation of quantum circuits under generic types of noise model, (ii) is especially tailored to the low-noise regime, and (iii) retains the benefits of tensor network scaling, enabling efficient simulations of large numbers of qubits. We build upon the observations that adding extra noise to a quantum circuit makes it easier to simulate with tensor networks, and that the results can later be reliably extrapolated back to the low-noise regime of interest. These observations form the basis for a novel emulation technique that we call non-zero noise extrapolation, in analogy to the quantum error mitigation technique of zero-noise extrapolation.
- Abstract（参考訳）: 量子計算におけるノイズの影響を理解することは、量子ハードウェアと量子アルゴリズムの開発に不可欠である。
これらの効果を定量的にモデル化するためにはシミュレーションツールが不可欠であるが、回路やノイズモデルに人工的な制約を課さない限り、ノイズの多い量子計算を正確にモデル化することは、必要となる計算資源の不必要なスケーリングのために非常に難しい課題である。
テンソルネットワーク法は、限られた絡み合いを発生させる計算をシミュレートするための実行可能なソリューションを提供する。
しかし、エラー訂正と緩和テンソルネットワークシミュレーションに関係した(ゲート密度の高い)エンタングリング回路の最も興味深い状況では、しばしば精度が低下する。
本研究では,低雑音(高ゲート忠実度)方式におけるノイズ量子回路のテンソルネットワークシミュレーションの精度を大幅に向上させる手法を開発した。
私たちの方法には、その利点があります。
i) 一般的なノイズモデルの下での量子回路のシミュレーションを可能にする。
(二)特に低騒音体制に合わせたもので、
三) テンソルネットワークスケーリングの利点を保ち、多数の量子ビットの効率的なシミュレーションを可能にする。
我々は、量子回路に余分なノイズを加えることで、テンソルネットワークでのシミュレートが容易になり、その結果が後で低雑音状態に確実に逆転できるという観察に基づいて構築する。
これらの観測は、ゼロノイズ外挿法(英語版)の量子誤差緩和法(英語版)に類似して、非ゼロノイズ外挿法(英語版)と呼ばれる新しいエミュレーション手法の基礎を形成する。
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