Fejlafhjælpning på en kortvarig kvantefotonisk enhed

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Daiqin Su¹, Robert Israel¹, Kunal Sharma², Haoyu Qi¹, Ish Dhand¹, og Kamil Brádler¹

¹Xanadu, Toronto, Ontario, M5G 2C8, Canada
²Hearne Institut for Teoretisk Fysik og Institut for Fysik og Astronomi, Louisiana State University, Baton Rouge, LA USA

Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Fotontab er ødelæggende for ydeevnen af kvantefotoniske enheder, og derfor er undertrykkelse af virkningerne af fotontab altafgørende for fotoniske kvanteteknologier. Vi præsenterer to skemaer til at afbøde virkningerne af fotontab for en Gaussian Boson Sampling-enhed, især for at forbedre estimeringen af prøveudtagningssandsynligheder. I stedet for at bruge fejlkorrektionskoder, som er dyre i forhold til deres hardwareressourceoverhead, kræver vores ordninger kun en lille mængde hardwaremodifikationer eller endda ingen modifikation. Vores tabsundertrykkelsesteknikker er enten afhængige af indsamling af yderligere måledata eller klassisk efterbehandling, når først måledataene er opnået. Vi viser, at med en moderat omkostning ved klassisk efterbehandling, kan virkningerne af fotontab undertrykkes betydeligt for en vis mængde tab. De foreslåede ordninger er således en vigtig muliggører for anvendelser af kortsigtede fotoniske kvanteanordninger.

Udvalgt billede: Afbød effekten af fotontab for en to-mode klemt vakuumtilstand. Her er $P([n, n])$ sandsynligheden for at detektere et fotontalmønster $[n, n]$.

Populært resumé

Gaussian boson sampling (GBS) enheden er en af de mest lovende kvantefotoniske enheder. Det er for nylig blevet brugt til at demonstrere kvanteberegningsfordelen i forhold til klassiske computere i et specifikt prøveudtagningsproblem. GBS-enheden kan også finde praktiske anvendelser, f.eks. til at løse molekylære docking-problemer, i den nærmeste fremtid. GBS-enhedens ydeevne forringes dog dramatisk af fotontab. I princippet kan fotontabet korrigeres ved hjælp af kvantefejlkorrigerende koder, men disse koder introducerer en stor ressourceoverhead. Dette arbejde foreslår to skemaer til at afbøde effekten af fotontab for den kortsigtede GBS-enhed, med en lille hardwaremodifikation eller endda ingen modifikation. Prisen er at udføre flere eksperimenter og klassisk efterbehandling. Dette arbejde finder, at effekten af fotontab kan undertrykkes betydeligt med en moderat mængde klassiske ressourcer. Derfor er de foreslåede tabsreduktionsordninger afgørende for kortsigtede anvendelser af kvantefotoniske teknologier.

► BibTeX-data

@article{Su2021errormitigationnear, doi = {10.22331/q-2021-05-04-452}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2021-05-04-452}, title = {Error mitigation på en kortsigtet kvantefotonisk enhed}, forfatter = {Su, Daiqin og Israel, Robert og Sharma, Kunal og Qi, Haoyu og Dhand, Ish og Br{'{a}}dler, Kamil}, journal = {{Quantum }}, issn = {2521-327X}, udgiver = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, bind = {5}, sider = {452}, måned = maj , år = {2021} }

► Referencer

[1] AG Fowler, M. Mariantoni, JM Martinis og AN Cleland, Overfladekoder: Mod praktisk storskala kvanteberegning, Phys. Rev. A 86, 032324 (2012).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.86.032324

[2] J. Preskill, Quantum Computing i NISQ-æraen og derefter, Quantum 2, 79 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79

[3] S. Boixo, SV Isakov, VN Smelyanskiy, R. Babbush, N. Ding, Z. Jiang, MJ Bremner, JM Martinis og H. Neven, Characterizing quantum supremacy in near-term devices, Nature Physics 14, 595 (2018) .
https:///doi.org/10.1038/s41567-018-0124-x

[4] S. Aaronson og L. Chen, Complexity-theoretic foundations of quantum supremacy experiments, arXiv:1612.05903.
arXiv:1612.05903v1

[5] F. Arute, et al., Quantum supremacy ved hjælp af en programmerbar superledende processor, Nature 574, 505 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5

[6] MJ Bremner, R. Jozsa og DJ Shepherd, Klassisk simulering af pendlende kvanteberegninger indebærer sammenbrud af polynomiumhierarki, Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 467, 459 (2011).
https:///doi.org/10.1098/rspa.2010.0301

[7] MJ Bremner, A. Montanaro og DJ Shepherd, Gennemsnitlig sagskompleksitet versus omtrentlig simulering af pendlingskvanteberegninger, Phys. Rev. Lett. 117, 080501 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.080501

[8] MJ Bremner, A. Montanaro og DJ Shepherd, Opnåelse af kvanteoverherredømme med sparsomme og støjende pendlingskvanteberegninger, Quantum 1, 8 (2017).
https://doi.org/10.22331/q-2017-04-25-8

[9] S. Aaronson, A. Arkhipov, Den beregningsmæssige kompleksitet af lineær optik, Proceedings of the 333. årlige ACM symposium on Theory of computing, 342-2011 (XNUMX).
https:///doi.org/10.1145/1993636.1993682

[10] CS Hamilton, R. Kruse, L. Sansoni, S. Barkhofen, C. Silberhorn, Christine og I. Jex, Gaussian Boson Sampling, Phys. Rev. Lett. 119, 170501 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.170501

[11] S. Rahimi-Keshari, AP Lund og TC Ralph, Hvad kan kvanteoptik sige om beregningskompleksitetsteori?, Phys. Rev. Lett. 114, 060501 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.060501

[12] S. Rahimi-Keshari, TC Ralph og CM Caves, tilstrækkelige betingelser for effektiv klassisk simulering af kvanteoptik, Phys. Rev. X 6, 021039 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.6.021039

[13] A. Peruzzo, J. McClean, P. Shadbolt, M. Yung, X. Zhou, PJ Love, A. Aspuru-Guzik og JL O'brien, En variationsegenværdiopløser på en fotonisk kvanteprocessor, Nature Communications 5, 4213 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms5213

[14] E. Farhi, J. Goldstone og S. Gutmann, A quantum approximate optimization algorithm, arXiv:1411.4028.
arXiv: 1411.4028

[15] E. Farhi og AW Harrow, Kvanteoverherredømme gennem den omtrentlige kvanteoptimeringsalgoritme, arXiv:1602.07674.
arXiv: 1602.07674

[16] K. Temme, S. Bravyi og JM Gambetta, Error Mitigation for Short-Depth Quantum Circuits, Phys. Rev. Lett. 119, 180509 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.180509

[17] Y. Li og SC Benjamin, Efficient Variational Quantum Simulator Incorporating Active Error Minimization, Phys. Rev. X 7, 021050 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.7.021050

[18] A. Kandala, K. Temme, AD Córcoles, A. Mezzacapo, JM Chow og JM Gambetta, Fejlreduktion udvider beregningsrækkevidden af en støjende kvanteprocessor, Nature 567, 491 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1040-7

[19] S. Endo, SC Benjamin og Y. Li, Practical Quantum Error Mitigation for Near-Future Applications, Phys. Rev. X 8, 031027 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.8.031027

[20] C. Song, J. Cui, H. Wang, J. Hao, H. Feng, H. og Li, Ying, Kvanteberegning med universel fejlreduktion på en superledende kvanteprocessor, Science Advances 5, (2019).
https:///doi.org/10.1126/sciadv.aaw5686

[21] S. Zhang, Y. Lu, K. Zhang, W. Chen, Y. Li, J. Zhang og K. Kim, Fejlafhjælpende kvanteporte, der overstiger fysiske troskaber i et fanget-ion-system, Nature Communications 11, 1 ( 2020).
https:///doi.org/10.1038/s41467-020-14376-z

[22] X. Bonet-Monroig, R. Sagastizabal, M. Singh og TE O'Brien, Billig fejlafhjælpning ved symmetriverifikation, Phys. Rev. A 98, 062339 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.98.062339

[23] R. Sagastizabal, X. Bonet-Monroig, M. Singh, MA Rol, CC Bultink, X. Fu, CH Price, VP Ostrokh, N. Muthusubramanian, A. Bruno, M. Beekman, N. Haider, TE O'Brien , og L. DiCarlo, Eksperimentel fejlafhjælpning via symmetriverifikation i en variationel kvanteegenopløser, Phys. Rev. A 100, 010302(R) (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.010302

[24] S. McArdle, X. Yuan og S. Benjamin, Error-Mitigated Digital Quantum Simulation, Phys. Rev. Lett. 122, 180501 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.180501

[25] X. Bonet-Monroig, R. Sagastizabal, M. Singh og TE O'Brien, Billig fejlafhjælpning ved symmetriverifikation, Phys. Rev. A 98, 062339 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.98.062339

[26] M. Cerezo, K. Sharma, A. Arrasmith og PJ Coles, Variational quantum state eigensolver, arXiv:2004.01372.
arXiv: 2004.01372

[27] JR McClean, J. Romero, R. Babbush og A. Aspuru-Guzik, Theory of variational hybrid quantum-classical algoritmes, New Journal of Physics 18, 023023 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023023

[28] K. Sharma, S. Khatri, M. Cerezo og PJ Coles, Noise resilience of variational quantum compiling, New Journal of Physics 22, 043006 (2020).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/ab784c

[29] L. Cincio, K. Rudinger, M. Sarovar og PJ Coles, Maskinindlæring af støjfaste kvantekredsløb, PRX Quantum 2, 010324 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.010324

[30] Y. Chen, M. Farahzad, S. Yoo og T. Wei, Detektortomografi på IBM kvantecomputere og afbødning af en ufuldkommen måling, Phys. Rev. A 100, 052315 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.052315

[31] MR Geller og M. Sun, Effektiv korrektion af multiqubit målefejl, arXiv:2001.09980.
arXiv: 2001.09980

[32] L. Funcke, T. Hartung, K. Jansen, S. Kühn, P. Stornati og X. Wang, Measurement error mitigation in quantum computers through classical bit-flip correction, arXiv:2007.03663.
arXiv: 2007.03663

[33] H. Kwon og J. Bae, En hybrid kvante-klassisk tilgang til at afbøde målefejl i kvantealgoritmer, IEEE Transactions on Computers (2020).
https:///doi.org/10.1109/TC.2020.3009664

[34] JR McClean, ME Kimchi-Schwartz, J. Carter og WA de Jong, Hybrid kvante-klassisk hierarki til afbødning af dekohærens og bestemmelse af exciterede tilstande, Phys. Rev. A 95, 042308 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.95.042308

[35] J. Sun, X. Yuan, T. Tsunoda, V. Vedral, SC Bejamin og S. Endo, Mitigating Realistic Noise in Practical Noisy Intermediate-Scale Quantum Devices, Phys. Rev. ansøgt 15, 034026 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.034026

[36] A. Strikis, D. Qin, Y. Chen, BC Benjamin og Y. Li, Learning-based quantum error mitigation, arXiv:2005.07601.
arXiv: 2005.07601

[37] P. Czarnik, A. Arrasmith, PJ Coles og L. Cincio, Fejlreduktion med Clifford kvantekredsløbsdata, arXiv:2005.10189.
arXiv: 2005.10189

[38] A. Zlokapa og A. Gheorghiu, En dyb læringsmodel for støjforudsigelse på kortsigtede kvanteenheder, arXiv:2005.10811.
arXiv: 2005.10811

[39] J. Arrazola og TR Bromley, Using Gaussian Boson Sampling to Find Dense Subgraphs, Phys. Rev. Lett. 121, 030503 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.030503

[40] K. Brádler, S. Friedland, J. Izaac, N. Killoran og D. Su, Graph isomorphism and Gaussian boson sampling, Spec. Matricer 9, 166 (2021).
https:///doi.org/10.1515/spma-2020-0132

[41] M. Schuld, K. Brádler, R. Israel, D. Su og B. Gupt, Måling af ligheden mellem grafer med en Gaussisk bosonprøveudtager, Phys. Rev. A 101, 032314 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.101.032314

[42] K. Brádler, R. Israel, M. Schuld og D. Su, A duality at the heart of Gaussian boson sampling, arXiv:1910.04022.
arXiv:1910.04022v1

[43] C. Weedbrook, S. Pirandola, R. García-Patrón, NJ Cerf, TC Ralph, JH Shapiro og S. Lloyd, Gaussisk kvanteinformation, Rev. Mod. Phys. 84, 621 (2012).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.84.621

[44] K. Brádler, P. Dallaire-Demers, P. Rebentrost, D. Su og C. Weedbrook, Gaussisk bosonsampling for perfekt matchning af vilkårlige grafer, Phys. Rev. A 98, 032310 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.98.032310

[45] H. Qi, DJ Brod, N. Quesada og R. García-Patrón, Regimes of Classical Simulability for Noisy Gaussian Boson Sampling, Phys. Rev. Lett. 124, 100502 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.100502

[46] WR Clements, PC Humphreys, BJ Metcalf, WS Kolthammer og IA Walsmley, Optimalt design til universelle multiport-interferometre, Optica 3, 1460 (2016).
https:///doi.org/10.1364/OPTICA.3.001460

[47] M. Reck, A. Zeilinger, HJ Bernstein og P. Bertani, Eksperimentel realisering af enhver diskret enhedsoperatør, Phys. Rev. Lett. 73, 58 (1994).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.73.58

[48] M. Jacques, A. Samani, E. El-Fiky, D. Patel, X. Zhenping og DV Plant, Optimering af termo-optisk faseskifterdesign og afbødning af termisk krydstale på SOI-platformen, Opt. Express 27, 10456 (2019).
https:///doi.org/10.1364/OE.27.010456

[49] A. Serafini, Quantum Continuous Variables: A Primer of Theoretical Methods (CRC Press, 2017).

[50] J. Huh, GG Guerreschi, B. Peropadre, JR McClean og A. Aspuru-Guzik, Boson-prøvetagning for molekylære vibroniske spektre, Nature Photonics 9, 615 (2015).
https:///doi.org/10.1038/nphoton.2015.153

[51] S. Rahimi-Keshari, MA Broome, R. Fickler, A. Fedrizzi, TC Ralph og AG White, Direkte karakterisering af lineær-optiske netværk, Opt. Express 21, 13450 (2013).
https:///doi.org/10.1364/OE.21.013450

[52] V. Giovannetti, AS Holevo og R. García-Patrón, A Solution of Gaussian Optimizer Conjecture for Quantum Channels, Commun. Matematik. Phys. 334, 1553 (2015).
https://doi.org/10.1007/s00220-014-2150-6

[53] R. García-Patrón, J. Renema og V. Shchesnovich, Simulering af bosonsampling i tabsgivende arkitekturer, Quantum 3, 169 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-08-05-169

[54] R. Kruse, CS Hamilton, L. Sansoni, S. Barkhofen, C. Silberhorn og I. Jex, Detaljeret undersøgelse af Gaussisk bosonprøvetagning, Phys. Rev. A 100, 032326 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.032326

Citeret af

[1] M. Cerezo, Andrew Arrasmith, Ryan Babbush, Simon C. Benjamin, Suguru Endo, Keisuke Fujii, Jarrod R. McClean, Kosuke Mitarai, Xiao Yuan, Lukasz Cincio og Patrick J. Coles, "Variational Quantum Algorithms", arXiv: 2012.09265.

[2] Tyler Volkoff, Zoë Holmes og Andrew Sornborger, "Universal kompilering og (No-)Free-Lunch-sætninger til kontinuerlig variabel kvantelæring", arXiv: 2105.01049.

[3] Shreya P. Kumar, Leonhard Neuhaus, Lukas G. Helt, Haoyu Qi, Blair Morrison, Dylan H. Mahler og Ish Dhand, "Mitigating linear optics imperfections via port allocation and compilation", arXiv: 2103.03183.

[4] Saad Yalouz, Bruno Senjean, Filippo Miatto og Vedran Dunjko, "Kodning af stærkt korrelerede mange-boson-bølgefunktioner på en fotonisk kvantecomputer: applikation til den attraktive Bose-Hubbard-model", arXiv: 2103.15021.

Ovenstående citater er fra SAO/NASA ADS (sidst opdateret 2021-05-07 23:43:35). Listen kan være ufuldstændig, da ikke alle udgivere leverer passende og fuldstændige citatdata.

On Crossrefs citeret af tjeneste ingen data om at citere værker blev fundet (sidste forsøg 2021-05-07 23:43:33).

Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.

Kilde: https://quantum-journal.org/papers/q-2021-05-04-452/

Tidsstempel: Maj 4, 2021

Tidsstempel: August 8, 2023

Fejlafhjælpning på en kortsigtet kvantefotonisk enhed

Genudgivet af Platon

Abstrakt

Populært resumé

► BibTeX-data

► Referencer

Citeret af

Mere fra Quantum Journal

Perceval: En softwareplatform til diskret variabel fotonisk kvanteberegning

Projiceret mindste kvadraters kvanteprocestomografi

Kvantehastighedsgrænser for operatørflows og korrelationsfunktioner

Klassificering af faser beskyttet af matrixproduktoperatørsymmetrier ved hjælp af matrixprodukttilstande

Effekter af halvt heltal vs. heltal i kvantesynkronisering af spinsystemer

Automatiseret generering af shuttling-sekvenser til en lineær segmenteret ionfælde-kvantecomputer

Beregning af jordtilstandsegenskaber med tidlige fejltolerante kvantecomputere

Quantum Liouvillian exceptionelle og djævelske punkter for bosoniske felter med kvadratiske Hamiltonianere: Heisenberg-Langevin ligningstilgangen

Præcis og effektiv Lanczos-metode på en kvantecomputer

Om os

Vertikal søgning & Ai

perron

Stay Connected

Konto