Absorption acoustique des bruits propagés (PNA)

Ce module met en œuvre l'absorption du bruit propagé (PNA) [1] afin d'atténuer les erreurs dans la valeur attendue des observables.

Le PNA fonctionne en « absorbant » les inverses des canaux de bruit appris dans une observable cible à l'aide de la propagation de Pauli. En d'autres termes, chaque générateur de bruit de Pauli du modèle de bruit se propage de manière classique jusqu'à l'extrémité du circuit et est appliqué à l'observable. Il en résulte une nouvelle grandeur observable qui, lorsqu'elle est mesurée sur un QPU, atténue le bruit de porte appris.

Ce package permet d'estimer les valeurs attendues de circuits quantiques généraux et d'observables de Pauli; toutefois, cette technique s'avère généralement plus efficace sur des circuits de type quasi-Clifford.

Mise en route

Un guide simple, conçu pour vous aider à vous familiariser rapidement avec ce logiciel, est disponible dans le guide de démarrage rapide.

Exemples de cas d'utilisation

Cette technique a été utilisée pour atténuer le bruit sur des modèles d'Ising « trotterisés » à 56 qubits [1].

Débat technique

Présentation de la méthode

L'exécution de portes d'intrication sur les QPU modernes génère un niveau de bruit considérable. Tant que des dispositifs entièrement tolérants aux pannes ne seront pas disponibles, les portes d'intrication idéales, $U$, ne seront pas disponibles. Elles seront plutôt affectées par un canal de bruit, $\Lambda$.

Il est possible d'étudier et de caractériser efficacement ce bruit de porte à l'aide d'un modèle de Pauli-Lindblad; comme le montre la technique d'annulation probabiliste des erreurs (PEC), nous pouvons atténuer l'erreur en mettant en œuvre l'anti-bruit, $\Lambda^{-1}$, à l'aide d'un protocole d'échantillonnage pour QPU [2]. D'autres techniques, telles que l'atténuation d'erreur par réseau de tenseurs (TEM), implémentent le canal de bruit inverse sous la forme d'une étape classique de post-traitement [3].

Tout comme TEM, PNA intègre le canal de bruit inverse dans une étape de traitement classique. Alors que la méthode TEM utilise des réseaux de tenseurs pour décrire et appliquer la carte d'atténuation du bruit à un ensemble de mesures informatiquement complètes, la méthode PNA utilise la propagation de Pauli pour propager l'observable « $O$ » à travers le canal de bruit inverse. Il en résulte une nouvelle grandeur observable, l' $\tilde{O}$, qui, lorsqu'elle est mesurée par rapport à l'état bruité, atténue le bruit appris.

Sources de biais

• Cette implémentation propage chaque générateur d'erreurs de Pauli au sein de chaque canal anti-bruit, $\Lambda^{-1}_i$, jusqu'à la fin du circuit. À mesure que chaque générateur anti-bruit se propage vers l'avant dans le circuit sous l'action de $N$ portes de rotation de Pauli d'un circuit à $M$ qubits, le nombre de termes augmentera selon la formule $O(2^N)$ pour atteindre un maximum de $4^M$ composantes de Pauli distinctes. Afin de limiter le coût de calcul, les termes dont les coefficients sont faibles doivent être tronqués, ce qui entraîne une certaine erreur dans le canal anti-bruit obtenu.
• Outre la troncature du canal anti-bruit optimisé, $\Lambda^{-1}$, le canal $\tilde{O}$ est également tronqué lors de sa propagation via $\Lambda^{-1}$. Cela constitue également une source de biais dans la valeur d'espérance finale corrigée.
• Même si le fait d’augmenter la taille de « $\tilde{O}$ » lors de la propagation améliore sa précision, sa mesure nécessite de prendre beaucoup plus de clichés sur le QPU. En général, cela augmente les coefficients des termes de Pauli d'origine dans l' $O$ et entraîne l'apparition de nombreux nouveaux termes de Pauli dont les coefficients sont plus faibles. Tant la mise à l'échelle des coefficients d'origine que la création de nouveaux termes peuvent accroître la charge liée à l'échantillonnage. En pratique, nous procédons à une nouvelle troncature en ne mesurant que les termes les plus importants de l' $\tilde{O}$ e.

Contribuer

Le code source est disponible sur GitHub.

Le guide du développeur se trouve à l'adresse CONTRIBUTING.md, à la racine du dépôt de ce projet. En participant, vous vous engagez à respecter le code de conduite de Qiskit.

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En citant ce paquet

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Licence

Apache 2.0 de licence

Politique de dépréciation

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Références

1. Andrew Eddins et al., Calcul des observables à annulation de bruit via la propagation de Pauli, arXiv:2606.20441 [quant-ph].

2. Ewout van den Berg et al., Annulation probabiliste des erreurs à l'aide de modèles de Pauli-Lindblad clairsemés sur des processeurs quantiques soumis au bruit, arXiv:2201.09866 [quant-ph].

3. Sergei Filippov et al., Atténuation des erreurs par réseaux de tenseurs évolutifs pour l'informatique quantique à court terme, arXiv:2307.11740 [quant-ph].