論文の概要: Symmetric channel verification for purifying noisy quantum channels

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.13114v1
• Date: Mon, 17 Mar 2025 12:37:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-18 12:29:30.617017
• Title: Symmetric channel verification for purifying noisy quantum channels
• Title（参考訳）: ノイズ量子チャネルの浄化のための対称チャネル検証
• Authors: Kento Tsubouchi, Yosuke Mitsuhashi, Ryuji Takagi, Nobuyuki Yoshioka,
• Abstract要約: 本稿では、量子チャネルに固有の対称性を利用するチャネル浄化プロトコルである対称チャネル検証(SCV)を提案する。 SCVは量子チャネルの対称性破壊ノイズを検出し、補正することができる。 本プロトコルはハミルトニアンシミュレーション回路および位相推定回路に適用される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Symmetry inherent in quantum states has been widely used to reduce the effect of noise in quantum error correction and a quantum error mitigation technique known as symmetry verification. However, these symmetry-based techniques exploit symmetry in quantum states rather than quantum channels, limiting their application to cases where the entire circuit shares the same symmetry. In this work, we propose symmetric channel verification (SCV), a channel purification protocol that leverages the symmetry inherent in quantum channels. By introducing different phases to each symmetric subspace and employing a quantum phase estimation-like circuit, SCV can detect and correct symmetry-breaking noise in quantum channels. We further propose a hardware-efficient implementation of SCV at the virtual level, which requires only a single-qubit ancilla and is robust against the noise in the ancilla qubit. Our protocol is applied to various Hamiltonian simulation circuits and phase estimation circuits, resulting in a significant reduction of errors. Furthermore, in setups where only Clifford unitaries can be used for noise purification, which is relevant in the early fault-tolerant regime, we show that SCV under Pauli symmetry represents the optimal purification method.
• Abstract（参考訳）: 量子状態に固有の対称性は、量子エラー補正におけるノイズの効果と、対称性検証として知られる量子エラー緩和技術に広く用いられている。 しかし、これらの対称性に基づく手法は量子チャネルではなく量子状態の対称性を利用しており、その応用は回路全体が同じ対称性を持つ場合に限る。 本研究では、量子チャネルに固有の対称性を利用するチャネル浄化プロトコルである対称チャネル検証(SCV)を提案する。 それぞれの対称部分空間に異なる位相を導入し、量子位相推定のような回路を用いることで、SCVは量子チャネルの対称性破壊ノイズを検出し修正することができる。 さらに,単一量子ビットのアンシラしか必要とせず,アシラ量子ビットのノイズに対して頑健である仮想レベルでのSCVのハードウェア効率のよい実装を提案する。 本プロトコルはハミルトンシミュレーション回路や位相推定回路に適用され,誤差の大幅な低減を実現している。 さらに, 初期耐故障系におけるノイズ浄化にCliffordユニタリーのみを使用できるセットアップでは, パウリ対称性下でのSCVが最適浄化法であることを示す。

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