論文の概要: Unbiased observable estimation via noisy channel mixtures for fault-tolerant quantum computation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.11486v1
• Date: Fri, 16 May 2025 17:48:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-19 14:36:15.782158
• Title: Unbiased observable estimation via noisy channel mixtures for fault-tolerant quantum computation
• Title（参考訳）: フォールトトレラント量子計算のためのノイズチャネル混合による非バイアス観測可能推定
• Authors: Dmitrii Khitrin, Kenneth R. Brown, Abhinav Anand,
• Abstract要約: 量子アルゴリズムのフォールトトレラントコンパイルから生じるようなユニタリエラーは、体系的にオブザーバブル推定をバイアスする。 観測変数の期待値のバイアスを補正する別の方法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9624273277521178
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Unitary errors, such as those arising from fault-tolerant compilation of quantum algorithms, systematically bias observable estimates. Correcting this bias typically requires additional resources, such as an increased number of non-Clifford gates. In this work, we present an alternative method for correcting bias in the expectation values of observables. The method leverages a decomposition of the ideal quantum channel into a probabilistic mixture of noisy quantum channels. Using this decomposition, we construct unbiased estimators as weighted sums of expectation values obtained from the noisy channels. We provide a detailed analysis of the method, identify the conditions under which it is effective, and validate its performance through numerical simulations. In particular, we demonstrate unbiased observable estimation in the presence of unitary errors by simulating the time dynamics of the Ising Hamiltonian. Our strategy offers a resource-efficient way to reduce the impact of unitary errors, improving methods for estimating observables in noisy near-term quantum devices and fault-tolerant implementation of quantum algorithms.
• Abstract（参考訳）: 量子アルゴリズムのフォールトトレラントコンパイルから生じるようなユニタリエラーは、体系的にオブザーバブル推定をバイアスする。 このバイアスを補正するには、通常、クリフォード門の数が増えるなど、追加のリソースを必要とする。 本研究では,観測対象物の期待値のバイアスを補正する代替手法を提案する。 この方法は、理想的な量子チャネルの分解をノイズのある量子チャネルの確率論的混合に活用する。 この分解を用いて、ノイズチャネルから得られた期待値の重み付け和として非バイアス推定器を構築する。 本稿では,本手法の詳細な解析,有効条件の同定,数値シミュレーションによる性能評価を行う。 特に、イジング・ハミルトニアンの時間力学をシミュレートすることにより、ユニタリ誤差の存在下での非バイアス観測可能推定を実証する。 我々の戦略は、一元的エラーの影響を低減するためのリソース効率のよい方法を提供し、ノイズの多い短期量子デバイスにおける観測可能量を推定する方法を改善し、量子アルゴリズムのフォールトトレラントな実装を可能にします。

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