論文の概要: Efficient Lindblad synthesis for noise model construction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.03462v1
• Date: Wed, 05 Feb 2025 18:59:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-06 14:27:10.168602
• Title: Efficient Lindblad synthesis for noise model construction
• Title（参考訳）: 雑音モデル構築のための効率的なリンドブラッド合成
• Authors: Moein Malekakhlagh, Alireza Seif, Daniel Puzzuoli, Luke C. G. Govia, Ewout van den Berg,
• Abstract要約: 所望のゲート操作に同時に作用する物理ノイズ過程のリンドブラディアン記述から有効モデルを構築する雑音モデル構築法を提案する。 この理論は,Lindbladノイズとゲート操作との相互作用の洞察を与え,局所的なLindbladノイズがマルチキュービット誤差にどのように効果的に拡散するかを予測する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.19972837513980313
• License:
• Abstract: Effective noise models are essential for analyzing and understanding the dynamics of quantum systems, particularly in applications like quantum error mitigation and correction. However, even when noise processes are well-characterized in isolation, the effective noise channels impacting target quantum operations can differ significantly, as different gates experience noise in distinct ways. Here, we present a noise model construction method that builds an effective model from a Lindbladian description of the physical noise processes acting simultaneously to the desired gate operation. It employs the Magnus expansion and Dyson series, and can be utilized for both low-order symbolic and high-order numerical approximations of the noise channel of a multi-qubit quantum gate. We envision multiple use cases of our noise construction method such as (i) computing the corresponding noise channel from a learned Lindbladian, and (ii) generating the noise channel starting with physically motivated Lindbladians for a given hardware architecture. In doing so, we close the gap between physical Lindbladians and operational level noise model parameters. We demonstrate a strong agreement between our symbolic noise construction and full numerical Lindblad simulations for various two-qubit gates, in isolation and in three- and four-qubit scenarios, for a variety of physically motivated noise sources. Our symbolic construction provides a useful breakdown of how noise model parameters depend on the underlying physical noise parameters, which gives qualitative insight into the structure of errors. For instance, our theory provides insight into the interplay of Lindblad noise with the intended gate operations, and can predict how local Lindblad noise can effectively spread into multi-qubit error.
• Abstract（参考訳）: 効果的なノイズモデルは、量子系の力学、特に量子誤差の緩和や補正のような応用を解析し理解するために不可欠である。 しかし、ノイズプロセスが独立して適切にキャラクタ化されている場合でも、異なるゲートが異なる方法でノイズを経験するため、ターゲット量子演算に影響を及ぼす効果的なノイズチャネルは著しく異なる可能性がある。 本稿では、所望のゲート操作に同時に作用する物理ノイズ過程のリンドブラディアン記述から有効モデルを構築する雑音モデル構築法を提案する。 マグナス展開とダイソン級数を使用し、マルチキュービット量子ゲートの雑音チャネルの低次記号と高次数値近似の両方に使用できる。 我々は騒音構築手法の複数のユースケースを想定する。 一 学習したリンドブラディアンから対応する雑音チャネルを計算し、 (2) あるハードウェアアーキテクチャのための物理的動機付けのリンドブラディアンから始まるノイズチャネルを生成する。 その際、物理リンドブレディアンと運用レベルのノイズモデルパラメータのギャップを埋める。 我々は,様々な2ビットゲートに対する記号的雑音構造と,様々な物理的動機を持つ音源に対する3ビット,4ビットシナリオにおけるリンドブラッドシミュレーションとの強い一致を実証する。 我々の記号構成は、ノイズモデルパラメータが基礎となる物理的ノイズパラメータにどのように依存するかの有用な概要を提供し、エラーの構造について質的な洞察を与える。 例えば、我々の理論は、リンドブラッドノイズとゲート演算との相互作用についての洞察を与え、局所リンドブラッドノイズがマルチビット誤りにどのように効果的に拡散するかを予測することができる。

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