Synergetische Quantenfehlerminderung durch randomisierte Kompilierung und rauschfreie Extrapolation für den Variations-Quanteneigenlöser

Synergetische Quantenfehlerminderung durch randomisierte Kompilierung und rauschfreie Extrapolation für den Variations-Quanteneigenlöser

Zeitstempel: 20. November 2023, 8:49 Uhr

Tomochika Kurita1, Hammam Qassim2, Masatoshi Ishii1, Hirotaka Oshima1, Shintaro Sato1und Joseph Emerson2

1Quantenlabor, Fujitsu Research, Fujitsu Limited. 10-1 Morinosato-wakamiya, Atsugi, Kanagawa, Japan 243-0197
2Keysight Technologies Canada, 137 Glasgow St, Kitchener, ON, Kanada, N2G 4X8

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Abstrakt

Wir schlagen eine Quantenfehlerminderungsstrategie für den Variational Quantum Eigensolver (VQE)-Algorithmus vor. Mithilfe numerischer Simulationen stellen wir fest, dass sehr kleine Mengen an kohärentem Rauschen in VQE erheblich große Fehler verursachen können, die mit herkömmlichen Minderungsmethoden schwer zu unterdrücken sind, und dennoch ist unsere vorgeschlagene Minderungsstrategie in der Lage, diese Fehler erheblich zu reduzieren. Die vorgeschlagene Strategie ist eine Kombination zuvor beschriebener Techniken, nämlich randomisiertes Kompilieren (RC) und Zero-Noise-Extrapolation (ZNE). Intuitiv wandelt die randomisierte Kompilierung kohärente Fehler in der Schaltung in stochastische Pauli-Fehler um, was die Extrapolation bis zur Nullrauschgrenze bei der Auswertung der Kostenfunktion erleichtert. Unsere numerische Simulation der VQE für kleine Moleküle zeigt, dass die vorgeschlagene Strategie Energiefehler, die durch verschiedene Arten von kohärentem Rauschen verursacht werden, um bis zu zwei Größenordnungen verringern kann.

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Populäre Zusammenfassung

Wenn wir Quantenberechnungen durchführen, ist es entscheidend, durch Hardwarerauschen verursachte Rechenfehler zu minimieren. Für verrauschte Quantenhardware mittlerer Größenordnung (NISQ) können Quantenfehlerminderungstechniken eingesetzt werden, um solche Fehler zu reduzieren. Der Umgang mit kohärentem Rauschen bleibt jedoch aus zwei Gründen eine erhebliche Herausforderung bei der Fehlerminderung: (i) selbst eine kleine Menge kohärenten Rauschens kann zu erheblichen Rechenfehlern führen, und (ii) diese Fehler lassen sich mit vorhandenen Techniken nur schwer entschärfen.
In dieser Arbeit schlagen wir eine Fehlerminderungstechnik vor, die durch kohärentes Rauschen verursachte Fehler effektiv reduziert. Diese Technik nutzt den synergetischen Effekt von Randomized Compiling (RC) und Zero-Noise-Extrapolation (ZNE). RC wandelt kohärentes Rauschen in stochastisches Pauli-Rauschen um, das mit ZNE effektiv gemindert werden kann. Unsere numerischen Simulationen zu Variations-Quanten-Eigenlöser-Algorithmen zeigen, dass unsere vorgeschlagene Abschwächungstechnik einen signifikanten Fehlerunterdrückungseffekt gegenüber kohärentem Rauschen aufweist.

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Zitiert von

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