論文の概要: Digital Zero-Noise Extrapolation with Quantum Circuit Unoptimization
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.06341v1
- Date: Sat, 08 Mar 2025 21:06:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-11 15:45:54.733032
- Title: Digital Zero-Noise Extrapolation with Quantum Circuit Unoptimization
- Title（参考訳）: 量子回路を最適化したディジタルゼロノイズ外挿
- Authors: Elijah Pelofske, Vincent Russo,
- Abstract要約: 量子回路最適化 (quantum circuit unoptimization) は、量子回路を別の回路に変換するアルゴリズムである。
量子回路の最適化を回路折り畳みの形式として利用することにより、ノイズを体系的に増幅することができる。
量子回路を最適化してZNEを動作させることで、ノイズのある量子シミュレーションからおよそ信号を復元できることが示される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9208007322096533
- License:
- Abstract: Quantum circuit unoptimization is an algorithm that transforms a quantum circuit into a different circuit that uses more gate operations while maintaining the same unitary transformation. We demonstrate that this method can implement digital zero-noise extrapolation (ZNE), a quantum error mitigation technique. By employing quantum circuit unoptimization as a form of circuit folding, noise can be systematically amplified. The key advantages of this approach are twofold. First, its ability to generate an exponentially increasing number of distinct circuit variants as the noise level is amplified, which allows noise averaging over many circuit instances with slightly different circuit structure which mitigates the effect of biased error propagation because of the significantly altered circuit structure from quantum circuit unoptimization, or highly biased local noise on a quantum processor. Second, quantum circuit unoptimization by design resists circuit simplification back to the original unmodified circuit, making it plausible to use ZNE in contexts where circuit compiler optimization is applied server-side. We evaluate the effectiveness of quantum circuit unoptimization as a noise-scaling method for ZNE in two test cases using depolarizing noise numerical simulations: random quantum volume circuits, where the observable is the heavy output probability, and QAOA circuits for the (unweighted) maximum cut problem on random 3-regular graphs, where the observable is the cut value. We show that using quantum circuit unoptimization to perform ZNE can approximately recover signal from noisy quantum simulations.
- Abstract（参考訳）: 量子回路最適化 (quantum circuit unoptimization) は、同じユニタリ変換を維持しながらより多くのゲート演算を使用する異なる回路に変換するアルゴリズムである。
本手法は,量子誤差低減手法であるディジタルゼロノイズ外挿法(ZNE)を実装できることを実証する。
量子回路の最適化を回路折り畳みの形式として利用することにより、ノイズを体系的に増幅することができる。
このアプローチの主な利点は2つあります。
第一に、ノイズレベルが増幅されるにつれて、指数関数的に増大する異なる回路変種を生成する能力により、量子回路の最適化による回路構造が大きく変化することや、量子プロセッサ上での高バイアスの局所雑音の影響を緩和する、わずかに異なる回路構造を持つ多くの回路インスタンスに対するノイズ平均化が可能となる。
第二に、設計による量子回路の最適化は、回路の単純化を元の未修正回路に抵抗させ、回路コンパイラの最適化をサーバ側に適用するコンテキストでZNEを使用することが可能である。
減極雑音数値シミュレーションを用いて、ZNEのノイズスケーリング手法として量子回路最適化の有効性を評価する。これは、観測可能が重出力確率であるランダム量子ボリューム回路と、観測可能がカット値であるランダム3正則グラフ上の(重み付き)最大カット問題に対するQAOA回路である。
量子回路を最適化してZNEを動作させることで、ノイズのある量子シミュレーションからおよそ信号を復元できることが示される。
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