Stima adattativa di osservabili quantistici

Stima adattativa di osservabili quantistici

Ariel Shlosberg1,2, Andrew J. Jena3,4, Priyanka Mukhopadhyay3,4, Jan F.Haase3,5,6, Félix Leditzky3,4,7,8, e Luca Dellantonio3,5,9

1JILA, Università del Colorado e National Institute of Standards and Technology, Boulder, CO 80309, USA
2Dipartimento di Fisica, Università del Colorado, Boulder, CO 80309, USA
3Institute for Quantum Computing, Università di Waterloo, Waterloo, ON N2L 3G1, Canada
4Dipartimento di Combinatoria e Ottimizzazione, Università di Waterloo, Waterloo, ON N2L 3G1, Canada
5Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Waterloo, Waterloo, ON N2L 3G1, Canada
6Istituto di fisica teorica e IQST, Universität Ulm, D-89069 Ulm, Germania
7Dipartimento di Matematica e IQUIST, Università dell'Illinois Urbana-Champaign, Urbana, IL 61801, USA
8Istituto perimetrale di fisica teorica, Waterloo, ON N2L 2Y5, Canada
9Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Exeter, Stocker Road, Exeter EX4 4QL, Regno Unito

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Astratto

La stima accurata delle osservabili quantistiche è un compito critico nella scienza. Con il progresso dell'hardware, la misurazione di un sistema quantistico diventerà sempre più impegnativa, in particolare per i protocolli variazionali che richiedono un ampio campionamento. Qui, introduciamo uno schema di misurazione che modifica in modo adattivo lo stimatore sulla base di dati ottenuti in precedenza. Il nostro algoritmo, che chiamiamo AEQuO, monitora continuamente sia la media stimata che l'errore associato dell'osservabile considerato, e determina la fase di misurazione successiva sulla base di queste informazioni. Consentiamo sia la sovrapposizione che le relazioni di commutazione non bit per bit nei sottoinsiemi di operatori di Pauli che vengono esaminati simultaneamente, massimizzando così la quantità di informazioni raccolte. AEQuO è disponibile in due varianti: un avido algoritmo di riempimento del secchio con buone prestazioni per istanze di piccoli problemi e un algoritmo basato sull'apprendimento automatico con ridimensionamento più favorevole per istanze più grandi. La configurazione di misura determinata da queste subroutine viene ulteriormente post-elaborata per ridurre l'errore sullo stimatore. Testiamo il nostro protocollo sugli hamiltoniani chimici, per i quali AEQuO fornisce stime di errore che migliorano tutti i metodi all'avanguardia basati su varie tecniche di raggruppamento o misurazioni randomizzate, riducendo così notevolmente il costo delle misurazioni nelle applicazioni quantistiche attuali e future.

I sistemi quantistici, al contrario di quelli classici, vengono irreversibilmente distrutti ogni volta che vengono misurati. Ciò ha profonde implicazioni quando si vogliono estrarre informazioni da un sistema quantistico. Ad esempio, quando si deve stimare il valore medio di un'osservabile, spesso è necessario ripetere più volte l'intero esperimento. A seconda della strategia di misurazione utilizzata, i requisiti per ottenere la stessa precisione variano considerevolmente. In questo lavoro, proponiamo un nuovo approccio che abbassa notevolmente le risorse sull'hardware. La nostra strategia è adattiva, nel senso che apprende e migliora l'allocazione delle misurazioni durante l'acquisizione dei dati. Inoltre, consente di stimare contemporaneamente sia la media che l'errore che interessano l'osservabile desiderato. Rispetto ad altri approcci all'avanguardia, dimostriamo un miglioramento consistente e considerevole nell'accuratezza della stima quando viene impiegato il nostro protocollo.

► dati BibTeX

► Riferimenti

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Citato da

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Le citazioni sopra sono di ANNUNCI SAO / NASA (ultimo aggiornamento riuscito 2023-01-26 13:33:05). L'elenco potrebbe essere incompleto poiché non tutti gli editori forniscono dati di citazione adeguati e completi.

Impossibile recuperare Crossref citato da dati durante l'ultimo tentativo 2023-01-26 13:33:03: Impossibile recuperare i dati citati per 10.22331 / q-2023-01-26-906 da Crossref. Questo è normale se il DOI è stato registrato di recente.

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