噪声量子处理器上基于不变概率误差消除的变分量子算法

在嘈杂中等规模量子(NISQ)时代,诸如变分量子算法(VQAs)等新兴的经典-量子混合优化算法,能够利用量子设备的独特特性,通过浅层电路加速特定问题的计算。然而,由于量子处理器中存在显著噪声,这些算法面临偏差与迭代困难。在没有纠错的情况下,这些困难只能通过优化硬件、降低电路复杂度或拟合与外推等方法部分解决。一个引人注目的解决方案是应用概率性误差消除(PEC),这是一种量子误差缓解技术,无需完全纠错即可获得无偏结果。传统PEC由于会放大方差,与迭代过程的假设相矛盾,因此难以应用于VQA。本文提出了一种新型噪声自适应策略,将PEC与量子近似优化算法(QAOA)相结合,通过不变采样电路(invariant-PEC,简称IPEC)实现,大幅降低了迭代方差。这一策略首次成功整合了PEC与QAOA,实现了高效收敛。此外,该团队提出了自适应部分PEC(APPEC),可在迭代过程中调节IPEC的误差消除比例。研究人员在超导量子处理器上对该技术进行了实验验证,采样成本降低了90.1%。值得注意的是,该研究团队发现通过APPEC动态调整误差水平,能够增强逃离局部极小值的能力并降低采样成本。这些成果为执行大规模、低噪声量子电路的VQA开辟了前景广阔的路径,为实用量子计算的进步铺平了道路。

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