核心概念
잡음이 있는 양자 회로 시뮬레이션에서 기존의 디지털 방식보다 10~100배 빠른 아날로그 표현 방식을 제안합니다.
摘要
잡음이 있는 양자 회로의 아날로그 시뮬레이션: 더 빠른 시뮬레이션을 위한 새로운 접근 방식
본 연구 논문에서는 잡음이 있는 양자 회로를 효율적으로 시뮬레이션하기 위한 새로운 기술을 소개합니다. 이 기술은 기존의 디지털 방식, 즉 각 게이트 이후에 낮은 확률로 큰 오류를 발생시키는 방식 대신, 모든 게이트 이후에 작은 크기의 오류를 지속적으로 발생시키는 아날로그 방식을 사용합니다. 이러한 아날로그 표현 방식은 기존의 몬테카를로 샘플링 기반 양자 궤적 시뮬레이션에 비해 10~100배 빠른 속도를 제공합니다.
잡음 시뮬레이션의 어려움
양자 컴퓨터의 성능은 지속적으로 향상되고 있지만, 양자 엔지니어들은 당분간 하드웨어 잡음 문제에 직면할 수밖에 없습니다. 잡음이 있는 양자 회로를 시뮬레이션하는 것은 알고리즘 구현에서 잡음 완화 부분을 최적화하는 데 매우 중요하지만, 잡음이 없는 경우보다 훨씬 어렵습니다.
기존 방식의 한계
기존의 디지털 샘플링 방식은 구현이 간단하고 잡음 채널에 대한 물리적 직관을 제공한다는 장점이 있지만, 잡음이 적은 회로에서도 오류 발생 시 상태를 크게 변화시키기 때문에 분산이 크고 비효율적입니다.
아날로그 샘플링의 장점
본 논문에서 제안하는 아날로그 샘플링 방식은 각 게이트 이후에 작은 크기의 랜덤 회전을 지속적으로 삽입하여 궤적의 분산을 크게 줄입니다. 이는 시뮬레이션해야 하는 궤적의 수를 줄여줌으로써 시뮬레이션 속도를 향상시킵니다.
아날로그 샘플링 구현
본 논문에서는 단일 파울리 문자열 채널, 다중 파울리 문자열 채널, 비 파울리 문자열 채널 등 다양한 유형의 양자 채널에 대한 아날로그 잡음 표현 방식을 제시합니다. 또한, 각 채널에 대한 아날로그 표현 방식을 유도하고, 시뮬레이션의 효율성을 높이기 위한 최적의 각도 분포를 논의합니다.
수치적 검증
본 논문에서는 수치적 시뮬레이션을 통해 아날로그 샘플링 방식의 효율성을 검증합니다. 2D 사각 격자 이징 모델의 해밀토니안 시뮬레이션과 Max-Cut 문제의 샘플링을 통해 아날로그 방식이 디지털 방식보다 훨씬 빠르고 정확한 결과를 제공함을 보여줍니다.