Unification et analyse comparative des techniques de pointe d'atténuation des erreurs quantiques

Republié par Platon

Suiveurs: 0

Daniel Bultrini^1,2, Max Hunter Gordon³, Piotr Czarnik^1,4, Andrew Arrasmith^1,5, M. Cerezo^6,5, Patrick J. Coles^1,5, et Lukasz Cincio^1,5

¹Division théorique, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545, États-Unis
²Theoretische Chemie, Physikalisch-Chemisches Institut, Universität Heidelberg, INF 229, D-69120 Heidelberg, Allemagne
³Instituto de Física Teórica, UAM/CSIC, Universidad Autónoma de Madrid, Madrid, Espagne
⁴Institut de physique théorique, Université Jagellonne, Cracovie, Pologne.
⁵Quantum Science Center, Oak Ridge, TN 37931, États-Unis
⁶Sciences de l'information, Laboratoire national de Los Alamos, Los Alamos, NM 87545, États-Unis

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Abstract

L'atténuation des erreurs est un élément essentiel pour obtenir un avantage quantique pratique à court terme, et un certain nombre d'approches différentes ont été proposées. Dans ce travail, nous reconnaissons que de nombreuses méthodes d'atténuation des erreurs de pointe partagent une caractéristique commune : elles sont axées sur les données, en utilisant des données classiques obtenues à partir d'exécutions de différents circuits quantiques. Par exemple, l'extrapolation à bruit nul (ZNE) utilise des données de bruit variables et la régression des données de Clifford (CDR) utilise des données provenant de circuits proches de Clifford. Nous montrons que la distillation virtuelle (VD) peut être considérée de la même manière en considérant des données classiques produites à partir de différents nombres de préparations d'état. L'observation de ce fait nous permet d'unifier ces trois méthodes dans un cadre général d'atténuation des erreurs basé sur les données que nous appelons UNified Technique for Error mitigation with Data (UNITED). Dans certaines situations, nous constatons que notre méthode UNITED peut surpasser les méthodes individuelles (c'est-à-dire que le tout est meilleur que les parties individuelles). Plus précisément, nous utilisons un modèle de bruit réaliste obtenu à partir d'un ordinateur quantique à ions piégés pour comparer UNITED, ainsi que d'autres méthodes de pointe, pour atténuer les observables produits à partir de circuits quantiques aléatoires et l'opérateur quantique alternatif Ansatz (QAOA) appliqué aux problèmes Max-Cut avec différents nombres de qubits, profondeurs de circuit et nombre total de tirs. Nous constatons que les performances des différentes techniques dépendent fortement des budgets de tir, les méthodes plus puissantes nécessitant plus de tirs pour des performances optimales. Pour notre budget de prise de vue le plus important (10 $^{10}$), nous constatons que UNITED offre l'atténuation la plus précise. Par conséquent, notre travail représente une analyse comparative des méthodes actuelles d'atténuation des erreurs et fournit un guide pour les régimes lorsque certaines méthodes sont les plus utiles.

Image en vedette : Résumé schématique de la technique UNifiée d'atténuation des erreurs avec les données.

Résumé populaire

Les ordinateurs quantiques actuels sont confrontés à des erreurs qui posent des défis pour surpasser les performances des meilleurs ordinateurs classiques. Pour exploiter pleinement le potentiel des dispositifs quantiques, il est crucial de corriger ces effets néfastes. Des méthodes d'atténuation des erreurs sont utilisées pour résoudre ce problème. Parmi ces méthodes, l'atténuation des erreurs basée sur les données se distingue comme une approche prometteuse, impliquant un post-traitement classique des résultats de mesure quantique pour rectifier les effets induits par le bruit. Divers types de données ont été utilisés dans ce contexte, y compris la mise à l'échelle de l'intensité du bruit via l'extrapolation à zéro bruit (ZNE), les données des circuits proches de Clifford utilisées par la régression des données de Clifford (CDR) et les données obtenues par distillation virtuelle (VD) en préparant plusieurs copies d'un état quantique. Pour unifier ces approches, nous proposons la UNified Technique for Error Mitigation with Data (UNITED), qui intègre tous ces types de données. En outre, nous démontrons que la méthode unifiée surpasse les composants individuels lorsque des ressources quantiques suffisantes sont disponibles, en utilisant un modèle de bruit réaliste d'un ordinateur quantique à ions piégés et deux types différents de circuits quantiques avec des nombres et des profondeurs de qubit variables. Enfin, nous identifions les conditions les plus favorables pour différentes méthodes d'atténuation des erreurs basées sur les données.

► Données BibTeX

@article{Bultrini2023unifying, doi = {10.22331/q-2023-06-06-1034}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-06-06-1034}, title = {Unifying et analyse comparative des techniques d'atténuation des erreurs quantiques de pointe}, auteur = {Bultrini, Daniel et Gordon, Max Hunter et Czarnik, Piotr et Arrasmith, Andrew et Cerezo, M. et Coles, Patrick J. et Cincio, Lukasz}, journal = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, éditeur = {{Verein zur F{"{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volume = {7}, pages = {1034 }, mois = juin, année = {2023} }

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Cité par

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Les citations ci-dessus proviennent de SAO / NASA ADS (dernière mise à jour réussie 2023-06-06 22:08:53). La liste peut être incomplète car tous les éditeurs ne fournissent pas de données de citation appropriées et complètes.

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