利用含噪中等规模量子器件估计串扰误差对线路保真度的影响

当前的技术进步已将量子计算界的注意力聚焦于探索近期器件的潜力，这些器件的计算能力在实际应用中超越了经典计算机。一个尚未解决的核心问题是，这些器件中固有的噪声能否被克服，或者任何潜在的量子优势是否会受到限制。毫无疑问，串扰是含噪中等规模量子（NISQ）系统中噪声的主要来源之一，并对硬件设计构成了根本性挑战。并行指令间的串扰会破坏量子态并导致程序执行错误。在本研究中，我们对NISQ器件上的串扰误差效应进行了必要的分析。我们的方法极其直接且实用，可用于估计各种多量子比特器件的串扰误差。特别是，我们结合了随机基准测试（RB）和同时随机基准测试（SRB）协议，从关联受控非（CNOT）门估计串扰误差。我们在5、7和16量子比特器件上通过实验演示了该协议。我们的结果展示了三个不同IBM量子器件在实验周内的串扰误差模型，并比较了误差随机器、量子比特数、量子体积、处理器和拓扑结构的变化。随后，我们证实，与在实践中提供近乎最优串扰缓解的IBM量子噪声器件相比，通过插入指令屏障，不同基准测试上的线路保真度提升高达3.06倍。最后，我们讨论了当前的系统局限性、其在保真度和深度上的权衡、NISQ系统之外的噪声，以及确保量子操作能够不受干扰地施展其量子魔力的缓解机会。