गहरे क्वांटम सर्किट से शोर-मजबूत जमीनी स्थिति ऊर्जा का अनुमान

गहरे क्वांटम सर्किट से शोर-मजबूत जमीनी स्थिति ऊर्जा का अनुमान

स्रोत नोड: 2874564

हरीश जे। वल्लुरी1, माइकल ए. जोन्स1, ग्रेगरी एएल व्हाइट1, फ्लोयड एम. क्रीवे1, चार्ल्स डी। हिल1,2, तथा लॉयड सीएल हॉलबर्ग1

1स्कूल ऑफ फिजिक्स, मेलबर्न विश्वविद्यालय, पार्कविले, वीआईसी 3010, ऑस्ट्रेलिया
2गणित और सांख्यिकी स्कूल, मेलबर्न विश्वविद्यालय, पार्कविले, वीआईसी 3010, ऑस्ट्रेलिया

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सार

दोष सहनशीलता की दिशा में, क्वांटम कंप्यूटिंग की उपयोगिता इस बात से निर्धारित होगी कि क्वांटम एल्गोरिदम में शोर के प्रभावों को कितनी पर्याप्त रूप से रोका जा सकता है। हाइब्रिड क्वांटम-क्लासिकल एल्गोरिदम जैसे वेरिएबल क्वांटम ईजेनसोल्वर (वीक्यूई) को अल्पकालिक शासन के लिए डिजाइन किया गया है। हालाँकि, जैसे-जैसे समस्याएँ बढ़ती हैं, VQE परिणाम आम तौर पर वर्तमान हार्डवेयर पर शोर के कारण खराब हो जाते हैं। हालाँकि त्रुटि शमन तकनीकें इन मुद्दों को कुछ हद तक कम कर देती हैं, लेकिन शोर के प्रति अधिक मजबूती के साथ एल्गोरिथम दृष्टिकोण विकसित करने की तत्काल आवश्यकता है। यहां, हम जमीनी स्तर की ऊर्जा समस्याओं के लिए हाल ही में शुरू किए गए क्वांटम कंप्यूटेड मोमेंट्स (क्यूसीएम) दृष्टिकोण की मजबूती गुणों का पता लगाते हैं, और एक विश्लेषणात्मक उदाहरण के माध्यम से दिखाते हैं कि कैसे अंतर्निहित ऊर्जा अनुमान स्पष्ट रूप से असंगत शोर को फ़िल्टर करता है। इस अवलोकन से प्रेरित होकर, हम बढ़ती सर्किट गहराई के साथ शोर-फ़िल्टरिंग प्रभाव की जांच करने के लिए आईबीएम क्वांटम हार्डवेयर पर क्वांटम चुंबकत्व के एक मॉडल के लिए क्यूसीएम लागू करते हैं। हमने पाया कि QCM उल्लेखनीय रूप से उच्च स्तर की त्रुटि मजबूती बनाए रखता है जहां VQE पूरी तरह से विफल हो जाता है। 20 सीएनओटी तक के अल्ट्रा-डीप ट्रायल स्टेट सर्किट के लिए 500 क्यूबिट तक के क्वांटम चुंबकत्व मॉडल के उदाहरणों पर, क्यूसीएम अभी भी उचित ऊर्जा अनुमान निकालने में सक्षम है। प्रायोगिक परिणामों के व्यापक सेट से अवलोकन को बल मिलता है। इन परिणामों से मिलान करने के लिए, VQE को त्रुटि दरों पर परिमाण के कुछ 2 आदेशों द्वारा हार्डवेयर सुधार की आवश्यकता होगी।

वर्तमान क्वांटम कंप्यूटिंग में शोर सबसे बड़ी चुनौती है। जैसे-जैसे वास्तविक दुनिया की समस्याओं के लिए सर्किट की गहराई बढ़ती है, क्वांटम गणना में संचयी त्रुटि तुरंत परिणामों को प्रभावित करती है। त्रुटि सुधार और शमन रणनीतियाँ मौजूद हैं, लेकिन या तो संसाधन गहन हैं या ऐसे उच्च स्तर के व्यवधान की भरपाई करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली नहीं हैं - सवाल यह है कि क्या क्वांटम एल्गोरिदम हैं जो स्वाभाविक रूप से शोर के लिए मजबूत हैं जो खेल के मैदान में भी हैं? विविधतापूर्ण क्वांटम एल्गोरिदम रसायन विज्ञान और संघनित पदार्थ भौतिकी में समस्याओं के लिए एक सामान्य दृष्टिकोण है, और इसमें क्वांटम कंप्यूटर पर परीक्षण स्थिति की ऊर्जा तैयार करना और मापना शामिल है। जबकि शोर आम तौर पर इस परिणाम को बाधित करता है, हमने एक ऐसी तकनीक विकसित की है जिससे अतिरिक्त उच्च वजन वाले अवलोकनों (हैमिल्टनियन क्षणों) को मापकर क्वांटम कंप्यूटर पर तैयार किए गए परीक्षण राज्य में शोर प्रेरित खामियों को ठीक किया जा सकता है। इस कार्य में, हम एक सैद्धांतिक मॉडल, शोर सिमुलेशन और अंततः वास्तविक हार्डवेयर (500 कुल सीएनओटी गेट्स से ऊपर) पर गहरे क्वांटम सर्किट के कार्यान्वयन के माध्यम से हमारी पद्धति की शोर मजबूती का विश्लेषण करते हैं। प्रयोगात्मक परिणामों से, हम क्वांटम चुंबकत्व में समस्याओं के समूह की जमीनी स्थिति ऊर्जा को एक हद तक निर्धारित करने में सक्षम हैं, जिसे पारंपरिक परिवर्तनीय तरीकों से मिलान करने के लिए, डिवाइस त्रुटि दरों में परिमाण में कमी के कुछ दो आदेशों की आवश्यकता होगी।
हमारे नतीजे बताते हैं कि क्षण-आधारित तकनीक का उल्लेखनीय फ़िल्टरिंग प्रभाव वर्तमान क्वांटम कंप्यूटिंग के मूल में शोर के प्रभावों को रोकता प्रतीत होता है, और निकट अवधि में हार्डवेयर पर संभावित रूप से व्यावहारिक क्वांटम लाभ प्राप्त करने का मार्ग दिखाता है।

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द्वारा उद्धृत

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