Resilience-runtime tradeoff relations for quantum algorithms

Luis Pedro García-Pintos

doi:10.1088/1361-6633/adac8b

2025-02-03

Luis Pedro García-Pintos *

DOI：10.1088/1361-6633/adac8b

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一种主要的算法设计方法旨在最小化算法编译中的操作数量。直观上可以预期，减少操作数量可能会降低出错的可能性。这种范式在量子计算中尤为普遍，因为量子门的实现较为困难，且噪声会迅速降低量子计算机超越经典计算机的潜力。在这里，我们发现，在量子算法中减少操作数量可能适得其反，导致算法在非理想条件下运行时对噪声的敏感性增加，从而引发错误。为了证明这一点，我们开发了一个框架，用于表征算法对扰动噪声（包括相干误差、退相干和退极化噪声）的鲁棒性。算法的某些编译方式可能对特定噪声源具有鲁棒性，而对其他噪声则不稳定。我们将这些结果归纳为算法操作数量与其噪声鲁棒性之间的权衡关系。我们还展示了如何利用该框架来识别更适合抵抗特定噪声的算法编译方式。

Keyword:

quantum algorithms

noise resilience

quantum computing

quantum compilation