1Universidad de Varsovia, Facultad de Física, Ludwika Pasteura 5, 02-093 Warszawa, Polonia
2Centro Internacional de Teoría de Tecnologías Cuánticas, Universidad de Gdansk, Wita Stwosza 63, 80-308 Gdansk, Polonia
3Centro de Física Teórica, Academia Polaca de Ciencias, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa, Polonia
4Centro de Investigación Wigner de Física de la Academia Húngara de Ciencias, H-1525 Budapest, PO Box 49, Hungría
5BME-MTA Lendület Quantum Information Theory Research Group, Budapest, Hungría
6Instituto de Matemáticas, Universidad de Tecnología y Economía de Budapest, POBox 91, H-1111, Budapest, Hungría
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Resumen
Proponemos un esquema simple para reducir los errores de lectura en experimentos en sistemas cuánticos con un número finito de resultados de medición. Nuestro método se basa en realizar el posprocesamiento clásico precedido por la tomografía de detector cuántico, es decir, la reconstrucción de una medida valorada por el operador positivo (POVM) que describe el dispositivo de medición cuántico dado. Si el dispositivo de medición se ve afectado solo por un ruido clásico invertible, es posible corregir las estadísticas de resultados de futuros experimentos realizados en el mismo dispositivo. Para respaldar la aplicabilidad práctica de este esquema para dispositivos cuánticos a corto plazo, caracterizamos las mediciones implementadas en los procesadores cuánticos de IBM y Rigetti. Encontramos que para estos dispositivos, basados en qubits transconductores superconductores, el ruido clásico es de hecho la fuente dominante de errores de lectura. Además, analizamos la influencia de la presencia de errores coherentes y estadísticas finitas en el desempeño de nuestro procedimiento de mitigación de errores. Aplicando nuestro esquema en el dispositivo de 5 qubits de IBM, observamos una mejora significativa de los resultados de una serie de tareas de uno y dos qubits, incluida la tomografía de estado cuántico (QST), la tomografía de proceso cuántico (QPT), la implementación de mediciones proyectivas y ciertos algoritmos cuánticos (la búsqueda de Grover y el algoritmo Bernstein-Vazirani). Finalmente, presentamos resultados que muestran mejoras para la implementación de ciertas distribuciones de probabilidad en el caso de cinco qubits.
Resumen popular
En este trabajo, nos enfocamos en el ruido que afecta las mediciones cuánticas. Proponemos un procedimiento simple para mitigar los errores de medición a través del post-procesamiento clásico de las estadísticas de resultados experimentales. El procedimiento funciona perfectamente siempre que el ruido de medición sea clásico y se opere en el régimen de estadísticas infinitas. Naturalmente, ninguno de esos dos supuestos se cumple exactamente en la práctica, por lo tanto, estudiamos el desempeño de nuestro esquema de mitigación en presencia de sus violaciones. Es importante destacar que mostramos cómo validar el modelo de ruido mediante el procedimiento conocido como Tomografía de detector cuántico, que permite obtener la descripción clásica del detector cuántico.
Nuestro objetivo es presentar un documento que explore todo el procedimiento de mitigación de errores de lectura: desde la descripción detallada de los supuestos necesarios, hasta la validación de los mismos, terminando con la implementación de las ideas presentadas sobre el hardware cuántico real de IBM y Rigetti. Creemos que este enfoque hace que el trabajo sea accesible para los lectores que no necesariamente están familiarizados con el formalismo de las mediciones cuánticas.
Para fomentar la realización práctica de nuestros hallazgos, desarrollamos un repositorio de código abierto de GitHub que implementa las ideas del documento https://github.com/fbm2718/QREM.
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► referencias
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Fuente: https://quantum-journal.org/papers/q-2020-04-24-257/
