論文の概要: Resource-Efficient Hadamard Test Circuits for Nonlinear Dynamics on a Trapped-Ion Quantum Computer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.19250v1
• Date: Fri, 25 Jul 2025 13:16:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-28 16:16:48.967788
• Title: Resource-Efficient Hadamard Test Circuits for Nonlinear Dynamics on a Trapped-Ion Quantum Computer
• Title（参考訳）: トラッピングイオン量子コンピュータにおける非線形ダイナミクスのための資源効率の高いアダマール試験回路
• Authors: Eleftherios Mastorakis, Muhammad Umer, Milena Guevara-Bertsch, Juris Ulmanis, Felix Rohde, Dimitris G. Angelakis,
• Abstract要約: 本稿では,Adamardテスト回路の低深さ実装を提案する。 我々は変分アルゴリズムに特化してパラメータ化量子アンサッツを開発した。 以上の結果より,シングルビットゲート数と2ビットゲート数が有意に減少した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2063443893298391
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Resource-efficient, low-depth implementations of quantum circuits remain a promising strategy for achieving reliable and scalable computation on quantum hardware, as they reduce gate resources and limit the accumulation of noisy operations. Here, we propose a low-depth implementation of a class of Hadamard test circuits, complemented by the development of a parameterized quantum ansatz specifically tailored for variational algorithms that exploit the underlying Hadamard test framework. Our findings demonstrate a significant reduction in single- and two-qubit gate counts, suggesting a reliable circuit architecture for noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices. Building on this foundation, we tested our low-depth scheme to investigate the expressive capacity of the proposed parameterized ansatz in simulating nonlinear Burgers' dynamics. The resulting variational quantum states faithfully capture the shockwave feature of the turbulent regime and maintain high overlaps with classical benchmarks, underscoring the practical effectiveness of our framework. Furthermore, we evaluate the effect of hardware noise by modeling the error properties of real quantum processors and by executing the variational algorithm on a trapped-ion-based IBEX Q1 device. The outcomes of our demonstrations highlight the resilience of our low-depth scheme in the turbulent regime, consistently preparing high-fidelity variational states that exhibit strong agreement with classical benchmarks. Our work contributes to the advancement of resource-efficient strategies for quantum computation, offering a robust framework for tackling a range of computationally intensive problems across numerous applications.
• Abstract（参考訳）: 資源効率の低い量子回路の実装は、ゲートリソースを減らしノイズの多い演算の蓄積を制限するため、量子ハードウェア上で信頼性が高くスケーラブルな計算を実現するための有望な戦略である。 本稿では,基礎となるHadamardテストフレームワークを利用する変分アルゴリズムに特化して,パラメータ化量子アンサッツの開発を補完する,一連のHadamardテスト回路の低深度実装を提案する。 この結果,単一および2ビットのゲート数が大きく減少し,ノイズのある中間規模量子(NISQ)デバイスに対する信頼性の高い回路アーキテクチャが示唆された。 この基礎に基づいて,非線形バーガース力学のシミュレーションにおいて,提案したパラメータ化アンザッツの表現能力について検討した。 結果として生じる変動量子状態は、乱流状態の衝撃波の特徴を忠実に捉え、古典的なベンチマークと高い重なり合いを保ち、我々のフレームワークの実践的有効性を強調している。 さらに、実量子プロセッサのエラー特性をモデル化し、トラップイオンベースのIBEX Q1デバイス上で変分アルゴリズムを実行することにより、ハードウェアノイズの効果を評価する。 我々の実証の結果は、乱流体制における我々の低深度スキームの弾力性を強調し、古典的なベンチマークと強い一致を示す高忠実度変動状態を一貫して準備する。 我々の研究は、多くのアプリケーションにまたがる様々な計算集約的な問題に取り組むための堅牢なフレームワークを提供する、量子計算のための資源効率の戦略の発展に寄与する。

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