Error Mitigation On A Near-term Quantum Photonic Device

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Daiqin Su¹, Robert Israel¹, Kunal Sharma², Haoyu Qi¹, Ish Dhand¹ja Kamil Brádler¹

¹Xanadu, Toronto, Ontario, M5G 2C8, Kanada
²Hearne'i teoreetilise füüsika instituut ning füüsika ja astronoomia osakond, Louisiana osariigi ülikool, Baton Rouge, LA USA

Kas see artikkel on huvitav või soovite arutada? Scite või jätke SciRate'i kommentaar.

Abstraktne

Footonite kadu on kvantfotooniliste seadmete jõudlusele hävitav ja seetõttu on fotoonikao mõjude mahasurumine fotooniliste kvanttehnoloogiate jaoks ülimalt oluline. Esitame kaks skeemi, et leevendada Gaussi bosoni proovivõtuseadme footonikao mõju, eelkõige selleks, et parandada proovivõtu tõenäosuste hindamist. Selle asemel, et kasutada veaparanduskoode, mis on riistvararessursi üldkulude poolest kallid, nõuavad meie skeemid vaid väikest hulka riistvaramuudatusi või isegi mitte. Meie kadude summutamise tehnikad tuginevad kas täiendavate mõõtmisandmete kogumisele või klassikalisele järeltöötlusele pärast mõõtmisandmete saamist. Näitame, et klassikalise järeltöötluse mõõdukate kuludega saab footonikao mõjusid teatud kaotuse korral märkimisväärselt maha suruda. Kavandatud skeemid on seega lähiaja fotooniliste kvantseadmete rakenduste peamine võimaldaja.

Esiletõstetud pilt: vähendage footonikao mõju kaherežiimilise pigistatud vaakumoleku korral. Siin $P([n, n])$ on footonite arvu mustri $[n, n]$ tuvastamise tõenäosus.

Populaarne kokkuvõte

Gaussi bosoni proovivõtuseade (GBS) on üks lootustandvamaid kvantfotoonseadmeid. Seda on hiljuti kasutatud kvantarvutusliku eelise demonstreerimiseks klassikaliste arvutite ees konkreetses proovivõtuprobleemis. GBS-seade võib lähitulevikus leida ka praktilisi rakendusi nt molekulaarse dokkimisprobleemide lahendamisel. GBS-seadme jõudlust halvendab aga dramaatiliselt footonikadu. Põhimõtteliselt saab footoni kadu korrigeerida kvantveaparanduskoodide abil, kuid need koodid toovad kaasa suure ressursikulu. Selles töös pakutakse välja kaks skeemi lühiajalise GBS-seadme footonikao mõju leevendamiseks väikese riistvaramuudatusega või isegi ilma muudatusteta. Makstav hind on mitme katse tegemine ja klassikaline järeltöötlus. Selles töös leitakse, et mõõduka hulga klassikaliste ressurssidega saab footonikao mõju märkimisväärselt maha suruda. Seetõttu on kavandatavad kadude leevendamise skeemid kvantfotooniliste tehnoloogiate lähiajaliste rakenduste jaoks olulised.

► BibTeX-i andmed

@artikkel{Su2021errormitigationnear, doi = {10.22331/q-2021-05-04-452}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2021-05-04-452}, pealkiri = {Vea leevendamine lähiajal kvantfotoonseadmel}, autor = {Su, Daiqin ja Israel, Robert ja Sharma, Kunal ja Qi, Haoyu ja Dhand, Ish ja Br{'{a}}dler, Kamil}, ajakiri = {{Quantum }}, issn = {2521-327X}, väljaandja = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, maht = {5}, lehekülge = {452}, kuu = mai , aasta = {2021} }

► Viited

[1] AG Fowler, M. Mariantoni, JM Martinis ja AN Cleland, Pinnakoodid: praktilise suuremahulise kvantarvutuse suunas, Phys. Rev. A 86, 032324 (2012).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.86.032324

[2] J. Preskill, Quantum Computing in the NISQ ajastu ja kaugemalgi, 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 ja H. Neven, Characterizing quantum supremacy in lähiaja seadmetes, Nature Physics 14, 595 (2018) .
https:///doi.org/10.1038/s41567-018-0124-x

[4] S. Aaronson ja L. Chen, Kvantide ülemvõimu eksperimentide keerukusteoreetilised alused, arXiv:1612.05903.
arXiv: 1612.05903v1

[5] F. Arute et al., Quantum supremacy using a programable superconducting processor, Nature 574, 505 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5

[6] MJ Bremner, R. Jozsa ja DJ Shepherd, Pendelrände kvantarvutuste klassikaline simulatsioon tähendab polünoomilise hierarhia kokkuvarisemist, 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 ja DJ Shepherd, Juhtumi keskmine keerukus versus pendelrände kvantarvutuste ligikaudne simulatsioon, Phys. Rev. Lett. 117, 080501 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.080501

[8] MJ Bremner, A. Montanaro ja DJ Shepherd, Kvantide ülemvõimu saavutamine hõredate ja mürarikaste pendeldavate kvantarvutustega, Quantum 1, 8 (2017).
https://doi.org/10.22331/q-2017-04-25-8

[9] S. Aaronson, A. Arkhipov, Lineaaroptika arvutuslik keerukus, Proceedings of the Forty-third year ACM symposium on Theory of Computing, 333-342 (2011).
https:///doi.org/10.1145/1993636.1993682

[10] CS Hamilton, R. Kruse, L. Sansoni, S. Barkhofen, C. Silberhorn, Christine ja 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 ja TC Ralph, Mida võib kvantoptika öelda arvutusliku keerukuse teooria kohta?, Phys. Rev. Lett. 114, 060501 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.060501

[12] S. Rahimi-Keshari, TC Ralph ja CM Caves, Piisavad tingimused kvantoptika tõhusaks klassikaliseks simuleerimiseks, 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 ja JL O'brien, A variatsiooniline omaväärtuse lahendaja fotoonilise kvantprotsessoriga, Nature Communications 5, 4213 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms5213

[14] E. Farhi, J. Goldstone ja S. Gutmann, Kvantligikaudne optimeerimisalgoritm, arXiv:1411.4028.
arXiv: 1411.4028

[15] E. Farhi ja AW Harrow, Quantum ülimuslikkus kvantumbkaudse optimeerimisalgoritmi kaudu, arXiv:1602.07674.
arXiv: 1602.07674

[16] K. Temme, S. Bravyi ja 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 ja 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 ja JM Gambetta, Vigade leevendamine laiendab mürarikka kvantprotsessori arvutuslikku ulatust, Nature 567, 491 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1040-7

[19] S. Endo, SC Benjamin ja 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. ja Li, Ying, Quantum computation with universal error mitigation on a superconducting quantum processor, Science Advances 5, (2019).
https:///doi.org/10.1126/sciadv.aaw5686

[21] S. Zhang, Y. Lu, K. Zhang, W. Chen, Y. Li, J. Zhang ja K. Kim, Error-mitigated quantum gates, mis ületab füüsilise täpsuse lõksus-ioonsüsteemis, Nature Communications 11, 1 ( 2020).
https:///doi.org/10.1038/s41467-020-14376-z

[22] X. Bonet-Monroig, R. Sagastizabal, M. Singh ja TE O'Brien, Madala hinnaga vigade leevendamine sümmeetriakontrolli abil, 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 Ostroukh, N. Muthusubramanian, A. Bruno, M. Beekman, N. Haider, TE O'Brien ja L. DiCarlo, Eksperimentaalne vigade leevendamine sümmeetria verifitseerimise kaudu variatsioonilises kvantomalahendis, Phys. Rev. A 100, 010302(R) (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.010302

[24] S. McArdle, X. Yuan ja 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 ja TE O'Brien, Madala hinnaga vigade leevendamine sümmeetriakontrolli abil, Phys. Rev. A 98, 062339 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.98.062339

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

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

[28] K. Sharma, S. Khatri, M. Cerezo ja 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 ja PJ Coles, Mürakindlate kvantahelate masinõpe, PRX Quantum 2, 010324 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.010324

[30] Y. Chen, M. Farahzad, S. Yoo ja T. Wei, Detector tomography on IBM quantum computers and mitigation of an ebatäiusliku mõõtmise, Phys. Rev. A 100, 052315 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.052315

[31] MR Geller ja M. Sun, Multiqubit mõõtmisvigade tõhus korrigeerimine, arXiv:2001.09980.
arXiv: 2001.09980

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

[33] H. Kwon ja J. Bae, Hübriidne kvantklassikaline lähenemine mõõtmisvigade vähendamisele kvantalgoritmides, IEEE Transactions on Computers (2020).
https:///doi.org/10.1109/TC.2020.3009664

[34] JR McClean, ME Kimchi-Schwartz, J. Carter ja WA de Jong, Hübriidne kvantklassikaline hierarhia dekoherentsi leevendamiseks ja ergastatud olekute määramiseks, 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 ja S. Endo, Realistic Noise in Practical Noisy Intermediate-Scale Quantum Devices, Phys. Rev. Applied 15, 034026 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.034026

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

[37] P. Czarnik, A. Arrasmith, PJ Coles ja L. Cincio, Vigade leevendamine Cliffordi kvantahela andmetega, arXiv:2005.10189.
arXiv: 2005.10189

[38] A. Zlokapa ja A. Gheorghiu, Süvaõppemudel müra ennustamiseks lähiaja kvantseadmetes, arXiv:2005.10811.
arXiv: 2005.10811

[39] J. Arrazola ja TR Bromley, Gaussi bosoni proovide võtmine tihedate alamgraafide leidmiseks, Phys. Rev. Lett. 121, 030503 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.030503

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

[41] M. Schuld, K. Brádler, R. Israel, D. Su ja B. Gupt, Graafikute sarnasuse mõõtmine Gaussi bosoni proovivõtturiga, Phys. Rev. A 101, 032314 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.101.032314

[42] K. Brádler, R. Israel, M. Schuld ja D. Su, Duality at the centre of Gaussi boson sampling, arXiv:1910.04022.
arXiv: 1910.04022v1

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

[44] K. Brádler, P. Dallaire-Demers, P. Rebentrost, D. Su ja C. Weedbrook, Gaussi bosoni proovivõtt suvaliste graafikute täiuslikuks sobitamiseks, Phys. Rev. A 98, 032310 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.98.032310

[45] H. Qi, DJ Brod, N. Quesada ja R. García-Patron, 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 ja IA Walsmley, Universaalsete mitmepordiliste interferomeetrite optimaalne disain, Optica 3, 1460 (2016).
https:///doi.org/10.1364/OPTICA.3.001460

[47] M. Reck, A. Zeilinger, HJ Bernstein ja P. Bertani, Experimental Realization of Any Discrete Unitary Operator, 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 ja DV Plant, Termo-optiliste faasinihutite disaini optimeerimine ja termilise läbirääkimise leevendamine SOI platvormil, 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 ja A. Aspuru-Guzik, Boson sampling for molecular vibronic spectra, 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 ja AG White, Lineaar-optiliste võrkude otsene iseloomustus, Opt. Express 21, 13450 (2013).
https:///doi.org/10.1364/OE.21.013450

[52] V. Giovannetti, AS Holevo ja R. García-Patron, Gaussi optimeerija oletuse lahendus kvantkanalite jaoks, Commun. matemaatika. Phys. 334, 1553 (2015).
https://doi.org/10.1007/s00220-014-2150-6

[53] R. García-Patron, J. Renema ja V. Shchesnovich, Simulating boson sampling in lossy architectures, 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 ja I. Jex, Detailed study of Gaussi boson sampling, Phys. Rev. A 100, 032326 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.032326

Viidatud

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

[2] Tyler Volkoff, Zoë Holmes, and Andrew Sornborger, “Universal compiling and (No-)Free-Lunch theorems for continuous variable quantum learning”, arXiv: 2105.01049.

[3] Shreya P. Kumar, Leonhard Neuhaus, Lukas G. Helt, Haoyu Qi, Blair Morrison, Dylan H. Mahler ja Ish Dhand, "Lineaarse optika puuduste leevendamine pordi eraldamise ja koostamise kaudu", arXiv: 2103.03183.

[4] Saad Yalouz, Bruno Senjean, Filippo Miatto ja Vedran Dunjko, "Tugevalt korrelatsiooniga mitme bosoni lainefunktsioonide kodeerimine fotoonilises kvantarvutis: rakendus atraktiivsele Bose-Hubbardi mudelile". arXiv: 2103.15021.

Ülaltoodud tsitaadid on pärit SAO/NASA KUULUTUSED (viimati edukalt värskendatud 2021-05-07 23:43:35). Loend võib olla puudulik, kuna mitte kõik väljaandjad ei esita sobivaid ja täielikke viiteandmeid.

On Crossrefi viidatud teenus teoste viitamise andmeid ei leitud (viimane katse 2021-05-07 23:43:33).

See raamat on avaldatud Quantum all Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) litsents. Autoriõigus jääb algsetele autoriõiguste valdajatele, näiteks autoritele või nende institutsioonidele.

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

Ajatempel: Võib 4 2021

Ajatempel: Veebruar 2, 2023

Vigade leevendamine lähiajalise kvantfotoonilise seadme puhul

Taasavaldanud Platon

Abstraktne

Populaarne kokkuvõte

► BibTeX-i andmed

► Viited

Viidatud

Veel alates Quantum Journal

Optimeeritud kvantvõrgud

Ajaruumi tõhus madala sügavusega kvantoleku ettevalmistamine rakendustega

Kattunud rühmitamise mõõtmine: ühtne raamistik kvantolekute mõõtmiseks

Lineaarne optika ja fototuvastus saavutavad peaaegu optimaalse ühemõttelise koherentse oleku diskrimineerimise

Ajast sõltuva Hamiltoni minimaalse traavimise valemid

Binaarse modulatsiooni pidevmuutuja kvantvõtmejaotuse täiustatud piiratud suurusega analüüs

Eksootiliste kohalike mõõtmetega stabilisaatorikoodid

TensorCircuit: NISQ ajastu kvanttarkvara raamistik

Meist

Vertikaalne otsing ja Ai

Platvorm

Püsi ühenduses

konto