Variational Quantum Algorithms (VQAs) are widely viewed as the best hope for near-term quantum advantage. However, recent studies have shown that noise can severely limit the trainability of VQAs, e.g., by exponentially flattening the cost landscape and suppressing the magnitudes of cost gradients. Error Mitigation (EM) shows promise in reducing the impact of noise on near-term devices. Thus, it is natural to ask whether EM can improve the trainability of VQAs. In this work, we first show that, for a broad class of EM strategies, exponential cost concentration cannot be resolved without committing exponential resources elsewhere. This class of strategies includes as special cases Zero Noise Extrapolation, Virtual Distillation, Probabilistic Error Cancellation, and Clifford Data Regression. Second, we perform analytical and numerical analysis of these EM protocols, and we find that some of them (e.g., Virtual Distillation) can make it harder to resolve cost function values compared to running no EM at all. As a positive result, we do find numerical evidence that Clifford Data Regression (CDR) can aid the training process in certain settings where cost concentration is not too severe. Our results show that care should be taken in applying EM protocols as they can either worsen or not improve trainability. On the other hand, our positive results for CDR highlight the possibility of engineering error mitigation methods to improve trainability.


翻译:变化量量量值(VQAs)被广泛视为近期量子优势的最佳希望。然而,最近的研究表明,噪音会严重限制VQA的可训练性,例如,通过指数化平整成本景观,抑制成本梯度的大小。错误缓解(EM)在减少噪音对近期装置的影响方面显示了希望。因此,很自然地会问EM能否提高VQA的可训练性。在这项工作中,我们首先表明,对于广泛的EM战略类别而言,指数成本集中无法在其他地方投入指数资源的情况下得到解决。这种战略类别包括特殊案例:Zeronise 外推、虚拟蒸馏、概率性错误取消和克里夫尔数据回归。第二,我们对这些EM协议进行分析和数字分析,我们发现其中一些协议(例如虚拟蒸馏)能够比在全部EMC中运行更难解决成本值。在进行某些快速成本计算的过程中,我们发现,在进行更精确的路径分析的过程中,我们发现某些数字证据显示,在深度分析过程中,我们可能会改善我们的援助。

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