Mitigazione degli errori quantistici a partire dalle dinamiche dell’informazione

Abstract degli autori

Superare gli errori sperimentali è una sfida centrale nella scienza quantistica. La sfida è particolarmente acuta nei circuiti quantistici grandi e complessi, nei quali l’informazione quantistica si propaga lungo un numero esponenziale di percorsi, vanificando ogni tentativo diretto di comprendere l’impatto degli errori. In questo lavoro presentiamo un nuovo approccio alla comprensione e alla mitigazione degli errori sperimentali, basato su una rappresentazione sorprendentemente compatta delle dinamiche dell’informazione di un circuito quantistico: la funzione di reattività. La forma della funzione di reattività di un circuito determina la sua risposta al rumore e la sua compatibilità con i diversi metodi di mitigazione degli errori. Da questa prospettiva, introduciamo due metodi complementari. Il primo, l’estrapolazione a rumore zero basata sui percorsi di Pauli, adatta un modello parametrizzato alla funzione di reattività di un circuito e lo usa per estrapolare con precisione il risultato a rumore zero. Il secondo, la cancellazione regolabile degli errori, filtra la funzione di reattività di un circuito per cancellare il rumore su tutta l’informazione fino a una soglia di località. È fondamentale che entrambi i metodi prevedano un parametro di regolazione, che consente di migliorarne sistematicamente la precisione fino alla convergenza. Su tre famiglie di circuiti tratte da esperimenti pubblicati, i nostri metodi superano i bias dell’estrapolazione convenzionale a rumore zero, che possono arrivare al 30%; a un errore pari a $\sim$$10^{-2}$ nella radice dell’errore quadratico medio, riducono il costo di campionamento, rispetto alla cancellazione probabilistica degli errori, fino a un fattore di $10^3$.