論文の概要: Extrapolating Pauli Checks for Expectation Value Estimation on Noisy Quantum Devices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.14759v2
• Date: Wed, 24 Sep 2025 21:49:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-26 20:58:12.422923
• Title: Extrapolating Pauli Checks for Expectation Value Estimation on Noisy Quantum Devices
• Title（参考訳）: ノイズ量子デバイスにおける期待値推定のためのパウリ検査
• Authors: Quinn Langfitt, Ji Liu, Benchen Huang, Alvin Gonzales, Kaitlin N. Smith, Nikos Hardavellas, Zain H. Saleem,
• Abstract要約: Pauli Check Extrapolation (PCE) は量子回路の誤差軽減手法である。 我々はPCEが最先端のロバスト・シャドウ推定よりも高い忠実性が得られることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.2796020299013735
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Pauli Check Sandwiching (PCS) is an error detection scheme that protects quantum circuits by inserting pairs of parity checks and discarding runs that signal errors. However, each additional check introduces noise and exponentially increases sampling costs. To address these limitations, we propose Pauli Check Extrapolation (PCE), an error mitigation technique that obtains measured expectation values from circuits with different numbers of checks and, analogous to ZNE, extrapolates to the ``maximum check'' limit -- the theoretical number of checks required for unit fidelity. We test linear and exponential ansatzes, deriving the exponential form from the Markovian error model. Benchmarking PCE against ZNE on random Clifford circuits with simulated depolarizing noise shows PCE outperforming ZNE for larger circuits. On real IBM hardware, PCE achieves an accuracy of up to 99.2% (56.2% improvement over baseline), compared to ZNE's 82% accuracy (29.1% improvement over baseline), for 4-qubit circuits. To demonstrate a practical use case, we then apply PCE towards mitigating errors in classical shadow measurements. Our results show that PCE can achieve fidelities greater than the state-of-the-art Robust Shadow estimation, while significantly reducing the number of required samples by eliminating the need for a calibration procedure. We validate these findings on both fully connected topologies and simulated IBM hardware backends.
• Abstract（参考訳）: Pauli Check Sandwiching (PCS)は、パリティチェックのペアを挿入し、その信号エラーを破棄することによって量子回路を保護するエラー検出スキームである。 しかし、各チェックはノイズを導入し、サンプリングコストを指数関数的に増加させる。 これらの制限に対処するため,ZNEと類似する回路から測定期待値を求める誤差緩和手法であるPauli Check Extrapolation (PCE)を提案する。 マルコフ誤差モデルから指数形式を導出した線形および指数的アンサーゼを検証した。 擬似非偏極雑音によるランダムクリフォード回路上でのZNEに対するPCEのベンチマークでは、より大きな回路に対してPCEがZNEより優れていることが示されている。 実際のIBMハードウェアでは、ZNEの82%の精度(ベースラインよりも29.1%の改善)と比較して、PCEは最大99.2%(ベースラインより56.2%改善)の精度を達成している。 実例を示すために,従来の陰影測定における誤りの軽減にPCEを適用した。 以上の結果から,PCEの精度は最先端のロバスト影推定よりも高いが,キャリブレーション処理を不要にすることで,必要なサンプル数を大幅に削減できることがわかった。 完全に接続されたトポロジとシミュレーションされたIBMハードウェアバックエンドの両方でこれらの結果を検証する。

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