We have investigated instability of a superconducting quantum computer by continuously monitoring the qubit output. We found that qubits exhibit a step-like change in the error rates. This change is repeatedly observed, and each step persists for several minutes. By analyzing the correlation between the increased errors and anomalous variance of the output, we demonstrate quantum error mitigation based on post-selection. We have reduced the errors from 5.4% to 1.6% in a Bell state measurement and from 17.5% to 12.0% in a quantum volume circuit. Numerical analysis on the proposed method was also conducted.

1.
T. D.
Ladd
,
F.
Jelezko
,
R.
Laflamme
,
Y.
Nakamura
,
C.
Monroe
, and
J. L.
O'Brien
,
Nature
464
,
45
53
(
2010
).
2.
C.
Neill
,
P.
Roushan
,
K.
Kechedzhi
,
S.
Boixo
,
S. V.
Isakov
,
V.
Smelyanskiy
,
A.
Megrant
,
B.
Chiaro
,
A.
Dunsworth
,
K.
Arya
,
R.
Barends
,
B.
Burkett
,
Y.
Chen
,
Z.
Chen
,
A.
Fowler
,
B.
Foxen
,
M.
Giustina
,
R.
Graff
,
E.
Jeffrey
,
T.
Huang
,
J.
Kelly
,
P.
Klimov
,
E.
Lucero
,
J.
Mutus
,
M.
Neeley
,
C.
Quintana
,
D.
Sank
,
A.
Vainsencher
,
J.
Wenner
,
T. C.
White
,
H.
Neven
, and
J. M.
Martinis
,
Science
360
,
195
199
(
2018
).
3.
Y.
Nakamura
,
Y. A.
Pashkin
, and
J.
Tsai
,
Nature
398
,
786
788
(
1999
).
4.
P.
Krantz
,
M.
Kjaergaard
,
F.
Yan
,
T. P.
Orlando
,
S.
Gustavsson
, and
W. D.
Oliver
,
Appl. Phys. Rev.
6
,
021318
(
2019
).
5.
M.
Kjaergaard
,
M. E.
Schwartz
,
J.
Braumüller
,
P.
Krantz
,
J. I.-J.
Wang
,
S.
Gustavsson
, and
W. D.
Oliver
,
Annu. Rev. Condens. Matter Phys.
11
,
369
395
(
2020
).
6.
J. A.
Schreier
,
A. A.
Houck
,
J.
Koch
,
D. I.
Schuster
,
B. R.
Johnson
,
J. M.
Chow
,
J. M.
Gambetta
,
J.
Majer
,
L.
Frunzio
,
M. H.
Devoret
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Phys. Rev. B
77
,
180502
(
2008
).
7.
J.
Koch
,
M. Y.
Terri
,
J.
Gambetta
,
A. A.
Houck
,
D. I.
Schuster
,
J.
Majer
,
A.
Blais
,
M. H.
Devoret
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Phys. Rev. A
76
,
042319
(
2007
).
10.
K.
Bharti
,
A.
Cervera-Lierta
,
T. H.
Kyaw
,
T.
Haug
,
S.
Alperin-Lea
,
A.
Anand
,
M.
Degroote
,
H.
Heimonen
,
J. S.
Kottmann
,
T.
Menke
,
W.-K.
Mok
,
S.
Sim
,
L.-C.
Kwek
, and
A.
Aspuru-Guzik
,
Rev. Mod. Phys.
94
,
015004
(
2022
).
11.
C.
Müller
,
J. H.
Cole
, and
J.
Lisenfeld
,
Rep. Prog. Phys.
82
,
124501
(
2019
).
12.
J. M.
Martinis
,
npj Quantum Inf.
7
,
90
(
2021
).
13.
M.
Constantin
and
C. Y.
Clare
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
207001
(
2007
).
14.
J. M.
Martinis
,
K. B.
Cooper
,
R.
McDermott
,
M.
Steffen
,
M.
Ansmann
,
K. D.
Osborn
,
K.
Cicak
,
S.
Oh
,
D. P.
Pappas
,
R. W.
Simmonds
, and
C. C.
Yu
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
210503
(
2005
).
15.
P. V.
Klimov
,
J.
Kelly
,
Z.
Chen
,
M.
Neeley
,
A.
Megrant
,
B.
Burkett
,
R.
Barends
,
K.
Arya
,
B.
Chiaro
,
Y.
Chen
,
A.
Dunsworth
,
A.
Fowler
,
B.
Foxen
,
C.
Gidney
,
M.
Giustina
,
R.
Graff
,
T.
Huang
,
E.
Jeffrey
,
E.
Lucero
,
J. Y.
Mutus
,
O.
Naaman
,
C.
Neill
,
C.
Quintana
,
P.
Roushan
,
D.
Sank
,
A.
Vainsencher
,
J.
Wenner
,
T. C.
White
,
S.
Boixo
,
R.
Babbush
,
V. N.
Smelyanskiy
,
H.
Neven
, and
J. M.
Martinis
,
Phys. Rev. Lett.
121
,
090502
(
2018
).
16.
C.
Müller
,
J.
Lisenfeld
,
A.
Shnirman
, and
S.
Poletto
,
Phys. Rev. B
92
,
035442
(
2015
).
17.
M.
Carroll
,
S.
Rosenblatt
,
P.
Jurcevic
,
I.
Lauer
, and
A.
Kandala
,
npj Quantum Inf.
8
,
132
(
2022
).
18.
J.
Bylander
,
S.
Gustavsson
,
F.
Yan
,
F.
Yoshihara
,
K.
Harrabi
,
G.
Fitch
,
D. G.
Cory
,
Y.
Nakamura
,
J.-S.
Tsai
, and
W. D.
Oliver
,
Nat. Phys.
7
,
565
570
(
2011
).
19.
T.
Thorbeck
,
A.
Eddins
,
I.
Lauer
,
D. T.
McClure
, and
M.
Carroll
,
PRX Quantum
4
,
020356
(
2023
).
20.
A. P.
Vepsäläinen
,
A. H.
Karamlou
,
J. L.
Orrell
,
A. S.
Dogra
,
B.
Loer
,
F.
Vasconcelos
,
D. K.
Kim
,
A. J.
Melville
,
B. M.
Niedzielski
,
J. L.
Yoder
,
S.
Gustavsson
,
J. A.
Formaggio
,
B. A.
VanDevender
, and
W. D.
Oliver
,
Nature
584
,
551
556
(
2020
).
21.
S.
de Graaf
,
L.
Faoro
,
L.
Ioffe
,
S.
Mahashabde
,
J.
Burnett
,
T.
Lindström
,
S.
Kubatkin
,
A.
Danilov
, and
A. Y.
Tzalenchuk
,
Sci. Adv.
6
,
eabc5055
(
2020
).
22.
A.
Shnirman
,
G.
Schön
,
I.
Martin
, and
Y.
Makhlin
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
127002
(
2005
).
23.
J. J.
Burnett
,
A.
Bengtsson
,
M.
Scigliuzzo
,
D.
Niepce
,
M.
Kudra
,
P.
Delsing
, and
J.
Bylander
,
npj Quantum Inf.
5
,
54
(
2019
).
24.
S.
Schlör
,
J.
Lisenfeld
,
C.
Müller
,
A.
Bilmes
,
A.
Schneider
,
D. P.
Pappas
,
A. V.
Ustinov
, and
M.
Weides
,
Phys. Rev. Lett.
123
,
190502
(
2019
).
25.
E.
Van Den Berg
,
Z. K.
Minev
,
A.
Kandala
, and
K.
Temme
,
Nat. Phys.
19
,
1116
1121
(
2023
).
26.
Y.
Kim
,
C. J.
Wood
,
T. J.
Yoder
,
S. T.
Merkel
,
J. M.
Gambetta
,
K.
Temme
, and
A.
Kandala
,
Nat. Phys.
19
,
752
759
(
2023
).
27.
K.
Temme
,
S.
Bravyi
, and
J. M.
Gambetta
,
Phys. Rev. Lett.
119
,
180509
(
2017
).
28.
A.
Kandala
,
K.
Temme
,
A. D.
Córcoles
,
A.
Mezzacapo
,
J. M.
Chow
, and
J. M.
Gambetta
,
Nature
567
,
491
495
(
2019
).
29.
K.
Schultz
,
R.
LaRose
,
A.
Mari
,
G.
Quiroz
,
N.
Shammah
,
B. D.
Clader
, and
W. J.
Zeng
,
Phys. Rev. A
106
,
052406
(
2022
).
30.
R.
Mezher
,
J.
Mills
, and
E.
Kashefi
,
Phys. Rev. A
105
,
052608
(
2022
).
31.
J.
Etxezarreta Martinez
,
P.
Fuentes
,
P.
Crespo
, and
J.
Garcia-Frias
,
npj Quantum Inf.
7
,
115
(
2021
).
32.
J. E.
Martinez
,
P.
Fuentes
,
A.
deMarti iOlius
,
J.
Garcia-Frias
,
J. R.
Fonollosa
, and
P. M.
Crespo
,
Phys. Rev. Res.
5
,
033055
(
2023
).
33.
S.
Dasgupta
and
T. S.
Humble
, arXiv:2307.06833 (
2023
).
34.
S.
Dasgupta
and
T. S.
Humble
, arXiv:2307.05381 (
2023
).
35.
S.
Dasgupta
and
T. S.
Humble
, arXiv:2105.09472 (
2021
).
36.
A. W.
Cross
,
L. S.
Bishop
,
S.
Sheldon
,
P. D.
Nation
, and
J. M.
Gambetta
,
Phys. Rev. A
100
,
032328
(
2019
).
37.
L.
Le Cam
and
G. L.
Yang
, Asymptotics in Statistics (
Springer Science & Business Media
,
2000
).
38.
W. G.
Cochran
,
Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society
(
Cambridge University Press
,
1934
), Vol.
30
, pp.
178
191
.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.