Depuração de circuito quântico e análise de sensibilidade via inversões locais

Depuração de circuito quântico e análise de sensibilidade via inversões locais

Carimbo de data / hora: 9 de fevereiro de 2023 12:20

Fernando A. Calderón-Vargas1, Timothy Proctor2, Kenneth Rudinger2e Mohan Sarovar1

1Sandia National Laboratories, Livermore, CA 94550, EUA
2Laboratório de Desempenho Quântico, Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM 87185, EUA e Livermore, CA 94550, EUA

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Sumário

À medida que a largura e a profundidade dos circuitos quânticos implementados por processadores quânticos de última geração aumentam rapidamente, a análise e avaliação de circuitos por meio de simulação clássica estão se tornando inviáveis. É crucial, portanto, desenvolver novos métodos para identificar fontes de erro significativas em circuitos quânticos grandes e complexos. Neste trabalho, apresentamos uma técnica que identifica as seções de um circuito quântico que mais afetam a saída do circuito e, assim, ajuda a identificar as fontes de erro mais significativas. A técnica não requer verificação clássica da saída do circuito e, portanto, é uma ferramenta escalável para depurar grandes programas quânticos na forma de circuitos. Demonstramos a praticidade e eficácia da técnica proposta aplicando-a a exemplos de circuitos algorítmicos implementados em máquinas quânticas da IBM.

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Imagem em destaque: A técnica $textit{local inversion}$ mostra até que ponto os erros em cada uma das camadas $d$ ($L$) de um circuito $C$ perturbam a distribuição de probabilidade de saída. Isso é feito calculando as distâncias totais de variação (TVDs) entre a distribuição de probabilidade de saída do circuito $C$ e as distribuições de probabilidade de cada um dos circuitos $d$ $C^{(i)}$. Em cada circuito $C^{(i)}$, invertemos a camada $i$-ésima e a repetimos de forma que, na ausência de erro em $L_i$, $L_i L_i^{-1} L_i=L_i$ . A magnitude relativa do TVD entre as distribuições de probabilidade de $C$ e $C^{(i)}$ é proporcional ao grau em que o resultado do circuito é perturbado pelos erros na camada $L_i$.

Resumo popular

O rápido aumento no número de qubits e nas profundidades dos circuitos quânticos executáveis ​​logo atingirá o ponto em que prever com precisão a taxa de sucesso de um programa e identificar fontes de erro nas implementações de circuitos quânticos será impossível com as técnicas atuais baseadas na caracterização individual do nível do portão. Este trabalho apresenta uma nova ferramenta in-situ para depurar implementações de circuitos quânticos que identifica as camadas do circuito que mais influenciam a saída do circuito e também descobre modos de erro dependentes do tempo, como a degradação de portas durante a execução. Nossa técnica é baseada na inversão local de camadas de circuitos individuais, o que amplifica os erros nas camadas invertidas. Por meio de análises, simulações e experimentos em computadores quânticos da IBM, mostramos a eficácia e praticidade de nossa técnica em identificar as camadas que mais perturbam a saída do circuito. Além disso, mostramos que o impacto de uma determinada camada depende não apenas das taxas de erro das portas que formam a camada, mas também da estrutura de todo o circuito. A técnica proposta é uma ferramenta útil de diagnóstico e depuração in-situ para implementações de algoritmos quânticos cada vez mais complexos.​

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► Referências

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Citado por

[1] Tirthak Patel, Daniel Silver e Devesh Tiwari, “CHARTER: Identificando as operações de portão mais críticas em circuitos quânticos via reversibilidade de portão amplificado”, arXiv: 2211.09903, (2022).

As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2023-02-10 05:29:37). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.

On Serviço citado por Crossref nenhum dado sobre a citação de trabalhos foi encontrado (última tentativa 2023-02-10 05:29:35).

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