Malzeme Departmanı, Oxford Üniversitesi, Oxford, OX1 3PH, Birleşik Krallık
Quantum Motion Technologies Ltd, Nexus, Discovery Way, Leeds, LS2 3AA, Birleşik Krallık
Bu makaleyi ilginç mi buldunuz yoksa tartışmak mı istiyorsunuz? SciRate'e çığlık at veya yorum bırak.
Özet
Kuantum donanımındaki son hızlı gelişmelere rağmen, gürültü, yakın vadeli kuantum cihazlarının pratik uygulamaları için en büyük zorluk olmaya devam ediyor. Sınırlı ölçekleri nedeniyle bu cihazlarda tam kuantum hata düzeltmesi uygulanamaz. Bu nedenle, tasarlanmış kod simetrisine güvenmek yerine, çözmeye çalıştığımız fiziksel problemdeki doğal simetriyi kullanan simetri doğrulaması geliştirildi. Bu makalede, simetri doğrulamasının ötesinde geniş bir simetri tabanlı hata azaltma şemaları yelpazesi sağlayan ve tahmin yanlılığı ile şemanın örnekleme maliyeti arasında farklı dengeler elde etmemizi sağlayan simetri genişletme adlı genel bir çerçeve geliştiriyoruz. Belirli simetri genişletme şemalarının, algılanabilir ve algılanamayan gürültü bileşenleri nedeniyle önyargılar arasındaki iptal yoluyla simetri doğrulamasından daha küçük bir tahmin önyargısı elde edebileceğini gösteriyoruz. Böyle küçük bir önyargı şemasını aramanın pratik bir yolu tanıtıldı. Enerji tahmini için Fermi-Hubbard modelini sayısal olarak simüle ederek, bulduğumuz küçük sapma simetri genişlemesi, ortalama devre hatası sayısı 6 ila 9 arasında olduğunda simetri doğrulaması ile elde edilebilecek olanın 1 ila 2 kat altında bir tahmin önyargısı elde edebilir. Rastgele atış gürültüsü azaltma için karşılık gelen örnekleme maliyeti, simetri doğrulamasından sadece 2 ila 6 kat daha yüksektir. Fiziksel problemin doğasında olan simetrilerin ötesinde, formalizmimiz mühendislik simetrilerine de uygulanabilir. Örneğin, kuantum cihazının birden çok gürültülü kopyasını kullanarak üstel hata bastırma için son şema, kopyalar arasında permütasyon simetrisini kullanan simetri genişlemesinin sadece özel bir durumudur.
Öne çıkan görüntü: Simetri genişletme, simülasyonumuzdaki simetri doğrulamasına kıyasla çok daha küçük bir tahmin yanlılığı sağlayabilir.
Popüler özet
► BibTeX verileri
► Referanslar
[1] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C. Bardin, Rami Barends, Rupak Biswas, Sergio Boixo, Fernando GSL Brandao, David A. Buell, Brian Burkett, Yu Chen, Zijun Chen, Ben Chiaro, Roberto Collins, William Courtney, Andrew Dunsworth, Edward Farhi, Brooks Foxen, Austin Fowler, Craig Gidney, Marissa Giustina, Rob Graff, Keith Guerin, Steve Habegger, Matthew P. Harrigan, Michael J. Hartmann, Alan Ho, Markus Hoffmann, Trent Huang, Travis S. Humble, Sergei V. Isakov, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Dvir Kafri, Kostyantyn Kechedzhi, Julian Kelly, Paul V. Klimov, Sergey Knysh, Alexander Korotkov, Fedor Kostritsa, David Landhuis, Mike Lindmark, Erik Lucero, Dmitry Lyakh, Salvatore Mandrà, Jarrod R. McClean, Matthew McEwen, Anthony Megrant, Xiao Mi, Kristel Michielsen, Masoud Mohseni, Josh Mutus, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Charles Neill, Murphy Yuezhen Niu, Eric Ostby, Andre Petukhov, John C Platt. Chris Quintana, Eleanor G. Rieffel, Pedram Roushan, Nicholas C. Rubin, Daniel Sank,Kevin J. Satzinger, Vadim Smelyanskiy, Kevin J. Sung, Matthew D. Trevithick, Amit Vainsencher, Benjamin Villalonga, Theodore White, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Adam Zalcman, Hartmut Neven ve John M. Martinis. Programlanabilir bir süper iletken işlemci kullanarak kuantum üstünlüğü. Nature, 574 (7779): 505–510, Ekim 2019. 10.1038/s41586-019-1666-5.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5
[2] Han-Sen Zhong, Hui Wang, Yu-Hao Deng, Ming-Cheng Chen, Li-Chao Peng, Yi-Han Luo, Jian Qin, Dian Wu, Xing Ding, Yi Hu, Peng Hu, Xiao-Yan Yang, Wei- Jun Zhang, Hao Li, Yuxuan Li, Xiao Jiang, Lin Gan, Guangwen Yang, Lixing You, Zhen Wang, Li Li, Nai-Le Liu, Chao-Yang Lu ve Jian-Wei Pan. Fotonları kullanarak kuantum hesaplama avantajı. Science, 370 (6523): 1460–1463, Aralık 2020. 10.1126/science.abe8770.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.abe8770
[3] Kristan Temme, Sergey Bravyi ve Jay M. Gambetta. Kısa Derinlikli Kuantum Devreleri için Hata Azaltma. Fiziksel İnceleme Mektupları, 119 (18): 180509, Kasım 2017. 10.1103/PhysRevLett.119.180509.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.180509
[4] Suguru Endo, Simon C. Benjamin ve Ying Li. Yakın Gelecek Uygulamalar için Pratik Kuantum Hatası Azaltma. Fiziksel İnceleme X, 8 (3): 031027, Temmuz 2018. 10.1103/PhysRevX.8.031027.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.031027
[5] Zhenyu Cai. NISQ uygulamaları için çok üslü hata ekstrapolasyonu ve hata azaltma tekniklerini birleştirme. npj Quantum Information, 7 (1): 1–12, Mayıs 2021. 10.1038/s41534-021-00404-3.
https://doi.org/10.1038/s41534-021-00404-3
[6] Suguru Endo, Zhenyu Cai, Simon C. Benjamin ve Xiao Yuan. Hibrit Kuantum-Klasik Algoritmalar ve Kuantum Hata Azaltma. Journal of the Physical Society of Japan, 90 (3): 032001, Şubat 2021. 10.7566/JPSJ.90.032001.
https: / / doi.org/ 10.7566 / JPSJ.90.032001
[7] Abhinav Kandala, Kristan Temme, Antonio D. Córcoles, Antonio Mezzacapo, Jerry M. Chow ve Jay M. Gambetta. Hata azaltma, gürültülü bir kuantum işlemcinin hesaplama erişimini genişletir. Nature, 567 (7749): 491–495, Mart 2019. 10.1038/s41586-019-1040-7.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1040-7
[8] T. Giurgica-Tiron, Y. Hindy, R. LaRose, A. Mari ve WJ Zeng. Kuantum hatası azaltma için dijital sıfır gürültü ekstrapolasyonu. 2020 IEEE Uluslararası Kuantum Hesaplama ve Mühendisliği Konferansı'nda (QCE), sayfa 306–316, Ekim 2020. 10.1109/QCE49297.2020.00045.
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00045
[9] Ryan LaRose, Andrea Mari, Peter J. Karalekas, Nathan Shammah ve William J. Zeng. Mitiq: Gürültülü kuantum bilgisayarlarda hata azaltma için bir yazılım paketi. arXiv:2009.04417 [quant-ph], Eylül 2020. URL http://arxiv.org/abs/2009.04417.
arXiv: 2009.04417
[10] Google AI Kuantum ve Ortak Çalışanlar. Hartree-Fock, süper iletken bir kübit kuantum bilgisayar üzerinde. Science, 369 (6507): 1084–1089, Ağustos 2020. 10.1126/science.abb9811.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.abb9811
[11] Shuaining Zhang, Yao Lu, Kuan Zhang, Wentao Chen, Ying Li, Jing-Ning Zhang ve Kihwan Kim. Bir tuzaklanmış iyon sisteminde fiziksel aslına uygunluğu aşan hata azaltılmış kuantum kapıları. Nature Communications, 11 (1): 587, Ocak 2020. 10.1038/s41467-020-14376-z.
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-020-14376-z
[12] X. Bonet-Monroig, R. Sagastizabal, M. Singh ve TE O'Brien. Simetri doğrulaması ile düşük maliyetli hata azaltma. Fiziksel İnceleme A, 98 (6): 062339, Aralık 2018. 10.1103/PhysRevA.98.062339.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062339
[13] Sam McArdle, Xiao Yuan ve Simon Benjamin. Hata Azaltılmış Dijital Kuantum Simülasyonu. Fiziksel İnceleme Mektupları, 122 (18): 180501, Mayıs 2019. 10.1103/PhysRevLett.122.180501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.180501
[14] Jarrod R. McClean, Mollie E. Kimchi-Schwartz, Jonathan Carter ve Wibe A. de Jong. Eşevresizliğin azaltılması ve uyarılmış durumların belirlenmesi için hibrit kuantum-klasik hiyerarşi. Fiziksel İnceleme A, 95 (4): 042308, Nisan 2017. 10.1103/PhysRevA.95.042308.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.042308
[15] Jarrod R. McClean, Zhang Jiang, Nicholas C. Rubin, Ryan Babbush ve Hartmut Neven. Altuzay genişlemeleri ile kuantum hatalarının kodunu çözme. Nature Communications, 11 (1): 636, Ocak 2020. 10.1038/s41467-020-14341-w.
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-020-14341-w
[16] Bálint Koçzor. Yakın Vadeli Kuantum Cihazları için Üstel Hata Bastırma. arXiv:2011.05942 [quant-ph], Kasım 2020. URL http://arxiv.org/abs/2011.05942. 10.1103/PhysRevX.11.031057.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.031057
arXiv: 2011.05942
[17] William J. Huggins, Sam McArdle, Thomas E. O'Brien, Joonho Lee, Nicholas C. Rubin, Sergio Boixo, K. Birgitta Whaley, Ryan Babbush ve Jarrod R. McClean. Kuantum Hatalarını Azaltma için Sanal Damıtma. arXiv:2011.07064 [quant-ph], Ocak 2021a. URL http://arxiv.org/abs/2011.07064.
arXiv: 2011.07064
[18] A. Berthiaume, D. Deutsch ve R. Jozsa. Kuantum hesaplamalarının stabilizasyonu. Fizik ve Hesaplama Üzerine Bildiriler Çalıştayı'nda. PhysComp '94, sayfa 60–62, Kasım 1994. 10.1109/PHYCMP.1994.363698.
https://doi.org/10.1109/PHYCMP.1994.363698
[19] Adriano Barenco, André Berthiaume, David Deutsch, Artur Ekert, Richard Jozsa ve Chiara Macchiavello. Simetrileştirme ile Kuantum Hesaplamalarının Stabilizasyonu. SIAM Journal on Computing, 26 (5): 1541–1557, Ekim 1997. 10.1137/S0097539796302452.
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539796302452
[20] Asher Peres. Kuantum Bilgisayarlarında Hata Simetrisi. International Journal of Theoretical Physics, 38 (3): 799-805, Mart 1999. 10.1023/A:1026648717079.
https: / / doi.org/ 10.1023 / A: 1026648717079
[21] Wu-Ki Tung. Fizikte Grup Teorisi: Klasik ve Kuantum Fiziğinde Simetri İlkelerine, Grup Temsillerine ve Özel Fonksiyonlara Giriş. WORLD SCIENTIFIC, Ağustos 1985. 10.1142/0097.
https: / / doi.org/ 10.1142 / 0097
[22] Andrew Jena, Scott Genin ve Michele Mosca. Pauli Kapı Setlerine Göre Bölme. arXiv:1907.07859 [quant-ph], Temmuz 2019. URL http://arxiv.org/abs/1907.07859.
arXiv: 1907.07859
[23] William J. Huggins, Jarrod R. McClean, Nicholas C. Rubin, Zhang Jiang, Nathan Wiebe, K. Birgitta Whaley ve Ryan Babbush. Yakın dönemli kuantum bilgisayarlarda kuantum kimyası için verimli ve gürültüye dayanıklı ölçümler. npj Kuantum Bilgisi, 7 (1): 1–9, Şubat 2021b. 10.1038/s41534-020-00341-7.
https://doi.org/10.1038/s41534-020-00341-7
[24] Zhenyu Cai. Hubbard Modelinin Kuantum Varyasyon Simülasyonları için Kaynak Tahmini. Fiziksel İnceleme Uygulandı, 14 (1): 014059, Temmuz 2020. 10.1103/PhysRevApplied.14.014059.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.14.014059
[25] Github. https://github.com/CaiQuantum/Symmetry-Expansion-Code, Eylül 2021. URL https://github.com/CaiQuantum/Symmetry-Expansion-Code.
https://github.com/CaiQuantum/Simetri-Genişletme-Kodu
[26] Armands Strikis, Dayue Qin, Yanzhu Chen, Simon C. Benjamin ve Ying Li. Öğrenmeye dayalı kuantum hata azaltma. arXiv:2005.07601 [quant-ph], Mart 2021. URL http://arxiv.org/abs/2005.07601.
arXiv: 2005.07601
[27] Kosuke Mitarai ve Keisuke Fujii. Dolaylı ölçümleri doğrudan ölçümlerle değiştirme metodolojisi. Fiziksel İnceleme Araştırması, 1 (1): 013006, Ağustos 2019. 10.1103/PhysRevResearch.1.013006.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.1.013006
[28] Zhenyu Cai, Xiaosi Xu ve Simon C. Benjamin. Pauli konjugasyonunu kullanarak tutarlı gürültünün azaltılması. npj Quantum Information, 6 (1): 1–9, Şubat 2020. 10.1038/s41534-019-0233-0.
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0233-0
[29] Victor V. Albert ve Liang Jiang. Lindblad ana denklemlerinde simetriler ve korunan nicelikler. Fiziksel İnceleme A, 89 (2): 022118, Şubat 2014. 10.1103/PhysRevA.89.022118.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.022118
[30] Arne L. Grimsmo, Joshua Combes ve Ben Q. Baragiola. Dönme-Simetrik Bozonik Kodlarla Kuantum Hesaplama. Fiziksel İnceleme X, 10 (1): 011058, Mart 2020. 10.1103/PhysRevX.10.011058.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.011058
[31] Jeffrey M. Gertler, Brian Baker, Juliang Li, Shruti Shirol, Jens Koch ve Chen Wang. Otonom kuantum hata düzeltmesi ile bir bozonik kübiti korumak. Nature, 590 (7845): 243–248, Şubat 2021. 10.1038/s41586-021-03257-0.
https://doi.org/10.1038/s41586-021-03257-0
[32] Tyson Jones ve Simon C. Benjamin. QuESTlink – Donanım açısından optimize edilmiş bir kuantum emülatörü tarafından büyütülmüş Mathematica. Kuantum Bilimi ve Teknolojisi, 2020. 10.1088/2058-9565/ab8506.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ab8506
[33] Tyson Jones, Anna Brown, Ian Bush ve Simon C. Benjamin. QuEST ve Kuantum Bilgisayarlarının Yüksek Performanslı Simülasyonu. Bilimsel Raporlar, 9 (1): 1–11, Temmuz 2019. 10.1038/s41598-019-47174-9.
https://doi.org/10.1038/s41598-019-47174-9
[34] Joel J. Wallman ve Joseph Emerson. Rastgele derleme yoluyla ölçeklenebilir kuantum hesaplama için gürültü uyarlaması. Fiziksel İnceleme A, 94 (5): 052325, Kasım 2016. 10.1103/PhysRevA.94.052325.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.052325
Alıntılama
[1] Piotr Czarnik, Andrew Arrasmith, Patrick J. Coles ve Lukasz Cincio, “Clifford kuantum devre verileriyle hata azaltma”, arXiv: 2005.10189.
[2] Bálint Koczor, "Yakın Dönem Kuantum Cihazları için Üstel Hata Bastırma", arXiv: 2011.05942.
[3] Piotr Czarnik, Andrew Arrasmith, Lukasz Cincio ve Patrick J. Coles, “Qubit-etkili üstel hataların bastırılması”, arXiv: 2102.06056.
[4] Ryan LaRose, Andrea Mari, Sarah Kaiser, Peter J. Karalekas, Andre A. Alves, Piotr Czarnik, Mohamed El Mandouh, Max H. Gordon, Yousef Hindy, Aaron Robertson, Purva Thakre, Nathan Shammah ve William J. Zeng, “Mitiq: Gürültülü kuantum bilgisayarlarda hata azaltma için bir yazılım paketi”, arXiv: 2009.04417.
[5] Nobuyuki Yoshioka, Hideaki Hakoshima, Yuichiro Matsuzaki, Yuuki Tokunaga, Yasunari Suzuki ve Suguru Endo, “Genelleştirilmiş kuantum alt uzay genişlemesi”, arXiv: 2107.02611.
[6] Daniel Bultrini, Max Hunter Gordon, Piotr Czarnik, Andrew Arrasmith, Patrick J. Coles ve Lukasz Cincio, “En son teknoloji kuantum hata azaltma tekniklerini birleştirme ve kıyaslama”, arXiv: 2107.13470.
[7] Zhenyu Cai, “Kaynak Verimli Arıtma Tabanlı Kuantum Hata Azaltma”, arXiv: 2107.07279.
Yukarıdaki alıntılar SAO / NASA REKLAMLARI (son başarıyla 2021-09-21 17:00:46) güncellendi. Tüm yayıncılar uygun ve eksiksiz alıntı verisi sağlamadığından liste eksik olabilir.
Getirilemedi Alıntılanan veriler son girişim sırasında 2021-09-21 17:00:43: Crossref'ten 10.22331 / q-2021-09-21-548 için belirtilen veriler getirilemedi. DOI yakın zamanda kaydedildiyse bu normaldir.
Bu Makale, Quantum'da Creative Commons Atıf 4.0 Uluslararası (CC BY 4.0) lisans. Telif hakkı, yazarlar veya kurumları gibi orijinal telif hakkı sahiplerine aittir.
Plato Ai. Web3 Yeniden Düşünüldü. Güçlendirilmiş Veri Zekası.
Erişmek için buraya tıklayın.
Kaynak: https://quantum-journal.org/papers/q-2021-09-21-548/
