Quantum computers progress toward outperforming classical supercomputers, but quantum errors remain their primary obstacle. The key to overcoming errors on near-term devices has emerged through the field of quantum error mitigation, enabling improved accuracy at the cost of additional run time. Here, through experiments on state-of-the-art quantum computers using up to 100 qubits, we demonstrate that without sacrificing accuracy machine learning for quantum error mitigation (ML-QEM) drastically reduces the cost of mitigation. We benchmark ML-QEM using a variety of machine learning models -- linear regression, random forests, multi-layer perceptrons, and graph neural networks -- on diverse classes of quantum circuits, over increasingly complex device-noise profiles, under interpolation and extrapolation, and in both numerics and experiments. These tests employ the popular digital zero-noise extrapolation method as an added reference. Finally, we propose a path toward scalable mitigation by using ML-QEM to mimic traditional mitigation methods with superior runtime efficiency. Our results show that classical machine learning can extend the reach and practicality of quantum error mitigation by reducing its overheads and highlight its broader potential for practical quantum computations.


翻译:量子计算机正逐步超越经典超级计算机,但量子误差仍是其主要障碍。近期设备克服误差的关键已通过量子纠错领域显现,其以额外运行时间为代价提升了计算精度。本文通过在多达100量子比特的先进量子计算机上进行实验,证明用于量子纠错的机器学习在不牺牲精度的前提下,能显著降低纠错成本。我们采用多种机器学习模型——线性回归、随机森林、多层感知器和图神经网络——在不同类型的量子电路上、针对日益复杂的设备噪声分布、在插值与外推场景下、通过数值模拟与实验验证,对ML-QEM进行了系统评估。这些测试以广泛使用的数字零噪声外推方法作为附加参照。最后,我们提出了一条可扩展的纠错路径:利用ML-QEM模拟传统纠错方法,同时获得更优的运行效率。研究结果表明,经典机器学习可通过降低纠错开销来拓展量子纠错的适用范围和实用性,并凸显了其在实现实用量子计算方面的广阔潜力。

0
下载
关闭预览

相关内容

机器学习(Machine Learning)是一个研究计算学习方法的国际论坛。该杂志发表文章,报告广泛的学习方法应用于各种学习问题的实质性结果。该杂志的特色论文描述研究的问题和方法,应用研究和研究方法的问题。有关学习问题或方法的论文通过实证研究、理论分析或与心理现象的比较提供了坚实的支持。应用论文展示了如何应用学习方法来解决重要的应用问题。研究方法论文改进了机器学习的研究方法。所有的论文都以其他研究人员可以验证或复制的方式描述了支持证据。论文还详细说明了学习的组成部分,并讨论了关于知识表示和性能任务的假设。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/ml/
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
11+阅读 · 2023年9月22日
Arxiv
76+阅读 · 2022年3月26日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Principal Neighbourhood Aggregation for Graph Nets
Arxiv
17+阅读 · 2020年6月7日
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
Arxiv
10+阅读 · 2017年12月29日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关论文
Arxiv
11+阅读 · 2023年9月22日
Arxiv
76+阅读 · 2022年3月26日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Principal Neighbourhood Aggregation for Graph Nets
Arxiv
17+阅读 · 2020年6月7日
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
Arxiv
10+阅读 · 2017年12月29日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员