論文の概要: Modular Quantum Amplitude Estimation: A Scalable and Adaptive Framework
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.05805v1
- Date: Thu, 07 Aug 2025 19:19:11 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-11 20:39:05.995006
- Title: Modular Quantum Amplitude Estimation: A Scalable and Adaptive Framework
- Title（参考訳）: モジュラ量子振幅推定:スケーラブルで適応的なフレームワーク
- Authors: Alok Shukla, Prakash Vedula,
- Abstract要約: 本稿では,AWQAE(Adaptive Windowed Quantum Amplitude Estimation)フレームワークを紹介する。
これはモジュラーでスケーラブルで適応的なアプローチであり、単一の回路に必要な物理量子ビットの数から推定精度を分離する。
AWQAEは、リソース制約のある量子ハードウェア上で高精度QAEを実行するための強力で柔軟なソリューションを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum Amplitude Estimation (QAE) is a key primitive in quantum computing, but its standard implementation using Quantum Phase Estimation is resource-intensive, requiring a large number of coherent qubits in a single circuit block to achieve high precision. This presents a significant challenge for near-term Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) devices. To address this, we introduce the Adaptive Windowed Quantum Amplitude Estimation (AWQAE) framework, a modular, scalable and adaptive approach that decouples estimation precision from the number of physical qubits required in a single circuit. AWQAE operates by iteratively estimating the phase bits in small, fixed-size chunks, using a number of smaller, independent quantum circuits, which are amenable to parallel processing. A key technical contribution of this work is introduction of a phase resolution circuit and an ancilla-guided mechanism that enables accurate chunk assignment and eigenphase reconstruction in the presence of multiple eigenstates. This design is inherently NISQ-friendly, by lowering circuit depth and qubit count per block to reduce decoherence and noise effects. A key component of our approach is a robust classical post-processing algorithm that resolves measurement ambiguities that arise during the iterative process. This post-processing routine uses a least-significant-bit (LSB)-to-most-significant-bit (MSB) correction to reconstruct the full, high-precision phase estimate, ensuring accuracy. By combining a modular quantum-classical loop with an ambiguity-aware reconstruction method, AWQAE offers a powerful and flexible solution for performing high-precision QAE on resource-constrained quantum hardware. Our approach demonstrates enhanced scalability, and adaptability, making it a promising candidate for practical applications of QAE in the NISQ era.
- Abstract（参考訳）: 量子振幅推定(QAE)は量子コンピューティングにおいて重要なプリミティブであるが、量子位相推定(Quantum Phase Estimation)を用いた標準的な実装はリソース集約であり、高い精度を達成するために単一の回路ブロックに多数のコヒーレント量子ビットを必要とする。
これは、NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)デバイスにおいて重要な課題となる。
そこで本研究では,AWQAE(Adaptive Windowed Quantum Amplitude Estimation)フレームワークを提案する。
AWQAEは、小さな、固定サイズのチャンクで位相ビットを反復的に推定し、複数の小さな独立した量子回路を用いて動作し、並列処理が可能である。
この研究の重要な技術的貢献は、複数の固有状態の存在下で正確なチャンク割り当てと固有位相再構成を可能にする位相分解回路とアンシラ誘導機構の導入である。
この設計は本質的にNISQに親しみやすいものであり、回路深さとブロック当たりのキュービット数を減少させ、デコヒーレンスとノイズ効果を低減する。
提案手法の重要な構成要素は,反復プロセス中に生じる測定の曖昧さを解消する,ロバストな古典的後処理アルゴリズムである。
この後処理ルーチンは、最小重要ビット(LSB)から最重要ビット(MSB)の補正を使用して、完全かつ高精度な位相推定を再構築し、精度を確保する。
AWQAEはモジュラー量子古典ループとあいまいさを意識した再構成手法を組み合わせることで、リソース制約された量子ハードウェア上で高精度QAEを実行するための強力で柔軟なソリューションを提供する。
提案手法は拡張スケーラビリティと適応性を示し,NASQ時代のQAEの実用化に期待できる候補となる。
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