論文の概要: Classical simulation of noisy quantum circuits via locally entanglement-optimal unravelings

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.05745v1
• Date: Thu, 07 Aug 2025 18:00:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-11 20:39:05.969436
• Title: Classical simulation of noisy quantum circuits via locally entanglement-optimal unravelings
• Title（参考訳）: 局所的絡み合い-最適解法によるノイズ量子回路の古典的シミュレーション
• Authors: Simon Cichy, Paul K. Faehrmann, Lennart Bittel, Jens Eisert, Hakop Pashayan,
• Abstract要約: ノイズ量子回路をシミュレーションするための並列化可能なテンソルネットワークに基づく古典的アルゴリズムを提案する。 我々のアルゴリズムは、行列積状態の特定のアンサンブルによるノイズ量子系の状態を表す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2796197251957244
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Classical simulations of noisy quantum circuits is instrumental to our understanding of the behavior of real world quantum systems and the identification of regimes where one expects quantum advantage. In this work, we present a highly parallelizable tensor-network-based classical algorithm -- equipped with rigorous accuracy guarantees -- for simulating $n$-qubit quantum circuits with arbitrary single-qubit noise. Our algorithm represents the state of a noisy quantum system by a particular ensemble of matrix product states from which we stochastically sample. Each single qubit noise process acting on a pure state is then represented by the ensemble of states that achieve the minimal average entanglement (the entanglement of formation) between the noisy qubit and the remainder. This approach lets us use a more compact representation of the quantum state for a given accuracy requirement and noise level. For a given maximum bond dimension $\chi$ and circuit, our algorithm comes with an upper bound on the simulation error, runs in poly$(n,\chi)$-time and improves upon related prior work (1) in scope: by extending from the three commonly considered noise models to general single qubit noise (2) in performance: by employing a state-dependent locally-entanglement-optimal unraveling and (3) in conceptual contribution: by showing that the fixed unraveling used in prior work becomes equivalent to our choice of unraveling in the special case of depolarizing and dephasing noise acting on a maximally entangled state.
• Abstract（参考訳）: ノイズ量子回路の古典的なシミュレーションは、実世界の量子システムの挙動の理解と、量子優位性を期待する状態の同定に有効である。 本研究では,高並列化可能なテンソルネットワークに基づく古典的アルゴリズム(厳密な精度保証を備えた)を提案し,任意の単一量子ビット雑音で$n$量子ビット量子回路をシミュレートする。 我々のアルゴリズムは、確率的にサンプリングした行列積状態の特定のアンサンブルによって、ノイズの多い量子系の状態を表す。 純粋な状態に作用する各キュービットノイズプロセスは、ノイズキュービットと残りの間の最小平均絡み合い(生成の絡み合い)を達成する状態のアンサンブルによって表現される。 このアプローチでは、与えられた精度要件とノイズレベルに対して、量子状態のよりコンパクトな表現を使用できる。 与えられた最大結合次元$\chi$と回路に対して、我々のアルゴリズムはシミュレーションエラーの上限を伴い、ポリ$(n,\chi)$-timeで実行し、関連する先行処理(1)をスコープで改善する: 一般的に考えられる3つのノイズモデルから一般的な単一キュービットノイズ(2)までをパフォーマンスで拡張する: 状態依存の局所的絡み合い-最適解離を用いる: 概念的コントリビューション: 先行処理で使用される固定的解離が、最大エンタングル状態に作用するノイズを脱分極および減圧する特別な場合における解離の選択と等価となることを示す。

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