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.
REFERENCES
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
).8.
W. G.
Unruh
, Phys. Rev. A
51
, 992
(1995
).9.
J.
Preskill
, Quantum
2
, 79
(2018
).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.
34.
35.
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
.© 2023 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2023
Author(s)
You do not currently have access to this content.