論文の概要: Large-Scale Quantum Device Benchmarking via LXEB with Particle-Number-Conserving Random Quantum Circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.10820v2
• Date: Tue, 10 Jun 2025 05:29:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-11 15:11:39.976258
• Title: Large-Scale Quantum Device Benchmarking via LXEB with Particle-Number-Conserving Random Quantum Circuits
• Title（参考訳）: 粒子数保存ランダム量子回路を用いたLXEBによる大規模量子デバイスベンチマーク
• Authors: Takumi Kaneda, Keisuke Fujii, Hiroshi Ueda,
• Abstract要約: ベンチマークに用いるランダム量子回路に粒子数保存と呼ばれる制約を導入する。 これにより、固定粒子数に対するヒルベルト空間のサイズが小さくなり、100量子ビットを超える回路の古典的なシミュレーションが可能になる。 本稿では,LXEBの修正版であるMLXEBを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8009842832476994
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Linear cross-entropy benchmarking (LXEB) with random quantum circuits is a standard method for evaluating quantum computers. However, LXEB requires classically simulating the ideal output distribution of a given quantum circuit with high numerical precision, which becomes infeasible beyond approximately 50 qubits, even on state-of-the-art supercomputers. As a result, LXEB cannot be directly applied to evaluate large-scale quantum devices, which now exceed 100 qubits and continue to grow rapidly in size. To address this limitation, we introduce a constraint known as particle-number conservation into the random quantum circuits used for benchmarking. This restriction significantly reduces the size of the Hilbert space for a fixed particle number, enabling classical simulations of circuits with over 100 qubits when the particle number is $O(1)$. Furthermore, we propose a modified version of LXEB, called MLXEB, which enables fidelity estimation under particle-number-conserving dynamics. Through numerical simulations, we investigate the conditions under which MLXEB provides accurate fidelity estimates.
• Abstract（参考訳）: ランダム量子回路を用いた線形クロスエントロピーベンチマーク(LXEB)は、量子コンピュータを評価する標準的な方法である。 しかし、LXEBは、与えられた量子回路の理想出力分布を高い数値精度で古典的にシミュレートする必要がある。 結果として、LXEBは100キュービットを超える大規模量子デバイスの評価に直接適用することはできない。 この制限に対処するため,ベンチマークに用いるランダム量子回路に粒子数保存と呼ばれる制約を導入する。 この制限により、固定された粒子数に対するヒルベルト空間のサイズが大幅に小さくなり、粒子数が$O(1)$である場合、100キュービットを超える回路の古典的なシミュレーションが可能になる。 さらに,LXEBの修正版であるMLXEBを提案する。 数値シミュレーションにより,MLXEBが精度の高い忠実度推定を行う条件について検討する。

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