論文の概要: Prospects of Quantum Error Mitigation for Quantum Signal Processing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.05614v1
• Date: Thu, 08 May 2025 19:49:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-12 20:40:10.067579
• Title: Prospects of Quantum Error Mitigation for Quantum Signal Processing
• Title（参考訳）: 量子信号処理における量子エラー低減の展望
• Authors: Ugnė Liaubaitė, S. E. Skelton,
• Abstract要約: 本研究は量子信号処理(QSP)で設計されたハミルトンシミュレーションアルゴリズムにおけるゼロノイズ抽出(ZNE)の性能について検討する。 我々は、ZNEプロトコルがノイズのない予測値の近似を回復できるノイズと深さを定量化する。 サンプル予算が無制限であっても,ZNEが使用不可能な領域に関する数値的研究を簡潔に議論し,提示する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Quantum error mitigation (QEM) protocols have provably exponential bounds on the cost scaling; however, exploring which regimes QEM can recover usable results is still of sizable interest. The expected absence of complete error correction for near-term and intermediate-term quantum devices means that QEM protocols will remain relevant for devices with low enough error rates to attempt small examples of fault-tolerant algorithms. Herein, we are interested in the performance of QEM with a template for quantum algorithms, quantum signal processing (QSP). QSP-based algorithms are designed with an especially simple relation between the circuit depths and the algorithm's parameters, including the required precision. Hence, they may be a useful playground for exploring QEM's practical performance and costs for a range of controlled parameters. As a preliminary step in this direction, this work explores the performance of zero-noise-extrapolation (ZNE) on a Hamiltonian simulation algorithm designed within QSP under local depolarizing noise. We design a QSP-based Hamiltonian simulation of a modified Ising model under depolarizing noise for low precision and varying simulation times. We quantify for which noise and depth regimes our ZNE protocol can recover an approximation of the noiseless expectation value. We discuss existing bounds on the sample budget, eventually using a fixed number of shots. While this does not guarantee the success of QEM, it gives us usable results in relevant cases. Finally, we briefly discuss and present a numerical study on the region where ZNE is unusable, even given an unlimited sample budget.
• Abstract（参考訳）: QEM(Quantum error mitigation)プロトコルは、コストスケーリングに明らかに指数関数的境界を持つが、どのレジームが使用可能な結果を回復できるかを探索することは、依然として大きな関心事である。 短期的および中期的な量子デバイスに対する完全な誤り訂正の欠如は、QEMプロトコルがフォールトトレラントアルゴリズムの小さな例を試すのに十分なエラー率のデバイスに関係し続けることを意味する。 ここでは、量子アルゴリズム、量子信号処理(QSP)のテンプレートを用いたQEMの性能に興味がある。 QSPに基づくアルゴリズムは、必要な精度を含む回路深さとアルゴリズムのパラメータとの間の特に単純な関係で設計されている。 したがって、これらはQEMの実用的な性能と様々な制御パラメータのコストを探索するのに有用な遊び場である可能性がある。 この方向の予備的なステップとして、局所偏極雑音下でQSP内に設計されたハミルトンシミュレーションアルゴリズムにおけるゼロノイズ抽出(ZNE)の性能について検討する。 そこで我々は,QSPに基づく修正Isingモデルのハミルトンシミュレーションを低精度・可変シミュレーションのために非偏極雑音下で設計する。 我々は、ZNEプロトコルがノイズのない予測値の近似を回復できるノイズと深さを定量化する。 サンプル予算の既存のバウンダリについて議論し、最終的には一定数のショットを使用して議論する。 これはQEMの成功を保証しませんが、関連するケースで使用可能な結果を与えてくれます。 最後に、ZNEが使用不可能な地域について、無制限のサンプル予算であっても、簡単に議論し、数値的な研究を提示する。

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