論文の概要: Correlating noise floor with magic and entanglement in Pauli product states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.04743v1
• Date: Wed, 07 May 2025 19:24:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-09 21:43:49.649172
• Title: Correlating noise floor with magic and entanglement in Pauli product states
• Title（参考訳）: パウリ積状態におけるマジックと絡み合いとノイズフロアの関係
• Authors: Erika Lloyd, Alexandre Fleury, Marc P. Coons, James Brown, Maritza Hernandez,
• Abstract要約: パウリの積公式によって生成されるノイズの多い状態から、量子コンピューティングに特有の資源を回収する能力を示す。 純状態の忠実度は、与えられた計算のノイズフロアを表す。 各種の小型回路に対して,古典的影データを収集することにより,これらの知見を実験的に検証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 37.69303106863453
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The dependence of quantum algorithms on state fidelity is difficult to characterize analytically and is best explored experimentally as hardware scales and noisy simulations become intractable. While low fidelity states are often disregarded, they may still retain valuable information, as long as their dominant eigenvector approximates the target state. Through classical purification, we demonstrate the ability to recover resources specific to quantum computing such as magic and entanglement from noisy states generated by Pauli product formulas, which are common subroutines of many quantum algorithms. The fidelity of purified states represents the noise floor of a given computation and we show its dependence on both the magnitude and order in which magic and entanglement are generated. Using an ion trap quantum device, we experimentally validate these findings by collecting classical shadow data for a range of small circuits. While overall consistent, our results reveal meaningful differences in the captured qubit correlations, further highlighting the gap between conventional numerical studies and real experimental outcomes. In both simulation and experiment, we show the advantage of designing methods targeting states which are more robust against noise. This study uses quantum informatic tools for analyzing quantum algorithms in a noisy framework, and demonstrates practical strategies for optimizing quantum circuit performance.
• Abstract（参考訳）: 状態の忠実度に対する量子アルゴリズムの依存は解析的に特徴付けることは困難であり、ハードウェアスケールやノイズのシミュレーションが難解になるにつれて、実験的に最もよく研究されている。 低忠実度状態は無視されることが多いが、支配的な固有ベクトルがターゲット状態に近似している限り、貴重な情報を保持することができる。 古典的な浄化を通じて、多くの量子アルゴリズムの一般的なサブルーチンであるパウリ積公式によって生成されるノイズ状態から、マジックや絡み合いのような量子コンピューティングに特有の資源を回収する能力を示す。 純状態の忠実度は、与えられた計算のノイズフロアを表し、魔法と絡み合いが生成される大きさと順序の両方に依存することを示す。 イオントラップ量子デバイスを用いて、小型回路の古典的影データを収集することにより、これらの知見を実験的に検証する。 その結果,従来の数値計算結果と実実験結果との差が明らかとなった。 シミュレーションと実験の両方において、ノイズに対してより堅牢な状態をターゲットにした設計手法の利点を示す。 本研究は,量子アルゴリズム解析に量子情報ツールを用い,量子回路性能を最適化するための実用戦略を実証する。

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