論文の概要: Make Some Noise! Measuring Noise Model Quality in Real-World Quantum Software

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.03636v1
• Date: Wed, 04 Jun 2025 07:28:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-05 21:20:14.194761
• Title: Make Some Noise! Measuring Noise Model Quality in Real-World Quantum Software
• Title（参考訳）: 実世界の量子ソフトウェアにおけるノイズモデル品質の測定
• Authors: Stefan Raimund Maschek, Jürgen Schwitalla, Maja Franz, Wolfgang Mauerer,
• Abstract要約: ノイズと不完全性は、現在のNISQシステムにおける量子ソフトウェア工学における主要な課題の一つである。 大規模量子シミュレータシステム上でのクラウスチャネル形式に基づく可変ノイズモデルの構築,実装,検証を行う。 我々は、IBM量子(IBMQ)システムによる経験的ノイズ測定を用いてモデルを校正し、現実的なシミュレーション環境を構築する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.7802541849954943
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Noise and imperfections are among the prevalent challenges in quantum software engineering for current NISQ systems. They will remain important in the post-NISQ area, as logical, error-corrected qubits will be based on software mechanisms. As real quantum hardware is still limited in size and accessibility, noise models for classical simulation--that in some cases can exceed dimensions of actual systems--play a critical role in obtaining insights into quantum algorithm performance, and the properties of mechanisms for error correction and mitigation. We present, implement and validate a tunable noise model building on the Kraus channel formalism on a large scale quantum simulator system (Qaptiva). We use empirical noise measurements from IBM quantum (IBMQ) systems to calibrate the model and create a realistic simulation environment. Experimental evaluation of our approach with Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) state preparation and QAOA applied to an industrial use-case validate our approach, and demonstrate accurate simulation of hardware behaviour at reasonable computational cost. We devise and utilise a method that allows for determining the quality of noise models for larger problem instances than is possible with existing metrics in the literature. To identify potentials of future quantum software and algorithms, we extrapolate the noise model to future partially fault-tolerant systems, and give insights into the interplay between hardware-specific noise modelling and hardware-aware algorithm development.
• Abstract（参考訳）: ノイズと不完全性は、現在のNISQシステムにおける量子ソフトウェア工学における主要な課題の一つである。 論理的、エラー訂正されたキュービットはソフトウェアメカニズムに基づいたものになる。 実際の量子ハードウェアはサイズとアクセシビリティに制限されているため、古典的なシミュレーションのためのノイズモデル(場合によっては実際のシステムの次元を超える)は、量子アルゴリズムのパフォーマンスとエラー訂正と緩和のためのメカニズムの性質の洞察を得る上で重要な役割を果たす。 大規模量子シミュレータシステム (Qaptiva) 上で, クラウスチャネル形式に基づく可変ノイズモデルの構築, 実装, 検証を行う。 我々は、IBM量子(IBMQ)システムによる経験的ノイズ測定を用いてモデルを校正し、現実的なシミュレーション環境を構築する。 Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 状態調製法とQAOAを用いて, 本手法の工業的利用事例に適用し, 妥当な計算コストでのハードウェア動作の正確なシミュレーションを実証した。 文献における既存のメトリクスよりも大きな問題インスタンスのノイズモデルの品質を判断できる手法を考案し、活用する。 将来の量子ソフトウェアとアルゴリズムの可能性を特定するため、ノイズモデルを将来の部分的にフォールトトレラントなシステムに外挿し、ハードウェア固有のノイズモデリングとハードウェアを意識したアルゴリズム開発の間の相互作用に関する洞察を与える。

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