| 講演抄録／キーワード |
| 講演名 |
2023-05-29 15:15
スクランブル量子回路における量子誤り抑制コスト
坪内健人・沙川貴大・○吉岡信行（東大） |
| 抄録 |
（和） |
本研究では、量子推定理論の枠組みを用いて、スクランブル量子回路に対する量子誤り抑制手法のコストおよび最適手法の解析を行う。各層の量子ゲートがユニタリ 2-デザインをなす$n$量子ビットユニタリの集合の元である場合に関して、不偏推定を達成する量子誤り抑制に必要な量子回路の実行回数が、量子ビット数$n$と回路深さ$L$のいずれに関しても指数的に増大することを示した。さらに、量子ゲートが一次元的なブロック構造を持つような、スクランブル性の弱い場合の実効的ノイズを数値的に調べた結果、その強さが量子ビット数に関して指数的に増大するような大域的脱分極ノイズに収束することを示した。また、量子誤り抑制手法のコストは、解析的に導かれた下限とよく一致していることから、本研究の結果はスクランブル量子回路以外の実用的な量子回路に関しても成立することが期待される。本研究結果は、量子誤り抑制の普遍的な物理的限界をより強固に打ち立てるのみならず、量子誤り抑制手法群の性能評価の新たな基準を与える。 |
| （英） |
In this work, we provide a unified way to analyze the sample complexity of various quantum error mitigation methods using the quantum estimation theory. For layered quantum circuits where noiseless unitary of each layer is drawn from a set of unitaries that for unitary 2-design, we show that the lower bound of sample complexity to perform unbiased quantum error mitigation grows exponentially with both the qubit count and circuit depth. Our numerical simulation further support that, even if the circuit is not fully scrambling, such as the brick-wall structure, the noise channel converges to the global depolarizing channel, with its strength growing with the qubit count. We numerically confirm that the sample cost for the converged noise is well described with the derived bound, which implies that our bound is expected to hold for non-random circuits as well. Our work not only reinforces the fundamental limitation in quantum error mitigation, but also provides a novel path towards provably optimal mitigation methods. |
| キーワード |
（和） |
量子誤り抑制 / 量子計算 / 量子フィッシャー情報量 / スクランブル量子回路 / / / / |
| （英） |
Quantum error mitigation / Quantum computation / Quantum Fisher information / Scrambling quantum circuits / / / / |
| 文献情報 |
信学技報 |
| 資料番号 |
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| 発行日 |
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| ISSN |
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| PDFダウンロード |
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| 研究会情報 |
| 研究会 |
QIT |
| 開催期間 |
2023-05-29 - 2023-05-30 |
| 開催地（和） |
京都大学 桂キャンパス |
| 開催地（英） |
Katsura Campus, Kyoto University |
| テーマ（和） |
量子情報, 一般 |
| テーマ（英） |
Quantum Information |
| 講演論文情報の詳細 |
| 申込み研究会 |
QIT |
| 会議コード |
2023-05-QIT |
| 本文の言語 |
英語（日本語タイトルあり） |
| タイトル（和） |
スクランブル量子回路における量子誤り抑制コスト |
| サブタイトル（和） |
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| タイトル（英） |
Exponentially tighter cost bound of quantum error mitigation in scrambling quantum circuits |
| サブタイトル（英） |
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| キーワード(1)（和/英） |
量子誤り抑制 / Quantum error mitigation |
| キーワード(2)（和/英） |
量子計算 / Quantum computation |
| キーワード(3)（和/英） |
量子フィッシャー情報量 / Quantum Fisher information |
| キーワード(4)（和/英） |
スクランブル量子回路 / Scrambling quantum circuits |
| キーワード(5)（和/英） |
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| キーワード(6)（和/英） |
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| キーワード(7)（和/英） |
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| キーワード(8)（和/英） |
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| 第1著者 氏名（和/英/ヨミ） |
坪内 健人 / Kento Tsubouchi / ツボウチ ケント |
| 第1著者 所属（和/英） |
東京大学 (略称： 東大)
University of Tokyo (略称： UTokyo) |
| 第2著者 氏名（和/英/ヨミ） |
沙川 貴大 / Takahiro Sagawa / サガワ タカヒロ |
| 第2著者 所属（和/英） |
東京大学 (略称： 東大)
University of Tokyo (略称： UTokyo) |
| 第3著者 氏名（和/英/ヨミ） |
吉岡 信行 / Nobuyuki Yoshioka / ヨシオカ ノブユキ |
| 第3著者 所属（和/英） |
東京大学 (略称： 東大)
University of Tokyo (略称： UTokyo) |
| 第4著者 氏名（和/英/ヨミ） |
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| 第4著者 所属（和/英） |
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| 第36著者 氏名（和/英/ヨミ） |
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| 講演者 |
第3著者 |
| 発表日時 |
2023-05-29 15:15:00 |
| 発表時間 |
15分 |
| 申込先研究会 |
QIT |
| 資料番号 |
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| 巻番号（vol） |
vol. |
| 号番号（no） |
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| ページ範囲 |
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| ページ数 |
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| 発行日 |
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