論文の概要: Scalable Simulation of Fermionic Encoding Performance on Noisy Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.06425v1
• Date: Fri, 06 Jun 2025 18:00:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-10 16:33:10.271724
• Title: Scalable Simulation of Fermionic Encoding Performance on Noisy Quantum Computers
• Title（参考訳）: 雑音量子コンピュータにおけるフェルミオン符号化性能のスケーラブルシミュレーション
• Authors: Emiliia Dyrenkova, Raymond Laflamme, Michael Vasmer,
• Abstract要約: 本研究では,Derby-Klassen符号化と呼ばれる局所符号化の性能について検討する。 我々は,Derby-Klassenエンコーディングを用いたポストセレクション手法の高サンプリング要求が,その適用性に限界をもたらすことを見出した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: A compelling application of quantum computers with thousands of qubits is quantum simulation. Simulating fermionic systems is both a problem with clear real-world applications and a computationally challenging task. In order to simulate a system of fermions on a quantum computer, one has to first map the fermionic Hamiltonian to a qubit Hamiltonian. The most popular such mapping is the Jordan-Wigner encoding, which suffers from inefficiencies caused by the high weight of some encoded operators. As a result, alternative local encodings have been proposed that solve this problem at the expense of a constant factor increase in the number of qubits required. Some such encodings possess local stabilizers, i.e., Pauli operators that act as the logical identity on the encoded fermionic modes. A natural error mitigation approach in these cases is to measure the stabilizers and discard any run where a measurement returns a -1 outcome. Using a high-performance stabilizer simulator, we classically simulate the performance of a local encoding known as the Derby-Klassen encoding and compare its performance with the Jordan-Wigner encoding and the ternary tree encoding. Our simulations use more complex error models and significantly larger system sizes (up to $18\times18$) than in previous work. We find that the high sampling requirements of postselection methods with the Derby-Klassen encoding pose a limitation to its applicability in near-term devices and call for more encoding-specific circuit optimizations.
• Abstract（参考訳）: 数千の量子ビットを持つ量子コンピュータの魅力的な応用は量子シミュレーションである。 フェルミオン系のシミュレーションは、現実の明確な応用と計算上の課題の両方に問題がある。 量子コンピュータ上のフェルミオンの系をシミュレートするためには、フェルミオンハミルトニアンをまず量子ビットハミルトニアンに写像しなければならない。 そのような写像で最も一般的なのはジョルダン・ウィグナーの符号化であり、これは符号化された作用素の重みによる非効率さに悩まされている。 その結果、必要な量子ビットの数を一定に増やし、この問題を解決するための代替の局所符号化法が提案されている。 そのような符号化の中には局所安定子、すなわちエンコードされたフェルミオンモードの論理的同一性として振舞うパウリ作用素を持つものもある。 このような場合の自然な誤差軽減アプローチは、安定化器を計測し、測定結果が-1結果を返すようなランを破棄することである。 高性能安定化器シミュレータを用いて、Derby-Klassenエンコーディングと呼ばれる局所符号化の性能を古典的にシミュレートし、その性能をJordan-Wignerエンコーディングと3次木エンコーディングと比較する。 私たちのシミュレーションでは、以前の作業よりも複雑なエラーモデルとシステムサイズ(最大で18\times18$)が使用されています。 我々は,Derby-Klassenエンコーディングを用いたポストセレクション手法の高サンプリング要求が,短期デバイスへの適用性に限界をもたらし,より符号化固有の回路最適化を求めることを発見した。

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