論文の概要: Separate and efficient characterization of state-preparation and measurement errors using single-qubit operations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.19448v1
• Date: Tue, 23 Sep 2025 18:03:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-02 14:55:49.69032
• Title: Separate and efficient characterization of state-preparation and measurement errors using single-qubit operations
• Title（参考訳）: 単一量子演算を用いた状態準備と測定誤差の分離と効率的な評価
• Authors: Muhammad Qasim Khan, Leigh M. Norris, Lorenza Viola,
• Abstract要約: 多くのプラットフォームでは、状態準備測定(SPAM)による誤差が単一ビットゲートエラーを支配している。 本稿では,SPとMのエラーパラメータを効率的に,かつ分離的に特徴付けるプロトコルの構築方法について述べる。 我々は、IBM Quantum Platformデバイスにおける複数のキュービット上でのSPAMエラーの並列評価に、プロトコルを用いている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.45880283710344055
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: In many platforms, errors from state-preparation and measurement (SPAM) dominate single-qubit gate errors. To inform further hardware improvements and the development of more effective SPAM mitigation strategies, it is necessary to separately characterize the error contributions from state-preparation (SP) and measurement (M). Here, we show how to construct a protocol that can efficiently and separately characterize the SP and M error parameters by using only high-fidelity single-qubit gates and repeated single-qubit measurements without reset. The measurements are assumed to be non-destructive and M errors are taken to be (spatially and temporally) uncorrelated and classical. Notably, the circuit depth of the protocol is independent of system size, and the target parameters may be characterized to a precision that is only limited by the number of experimental repetitions. We employ our protocol for the parallel characterization of SPAM errors on multiple qubits in the IBM Quantum Platform devices, where we find SP infidelities up to $6.57\%$ and readout assignment errors up to $19.1\%$. Using numerical simulations, we also demonstrate how measurement-error mitigation that does not properly account for SP errors generally leads to a biased estimate of measured observable expectation values.
• Abstract（参考訳）: 多くのプラットフォームでは、状態準備測定(SPAM)による誤差が単一ビットゲートエラーを支配している。 さらなるハードウェア改良とより効果的なSPAM緩和戦略の開発には、状態調整(SP)と測定(M)からエラーコントリビューションを別々に特徴付ける必要がある。 本稿では,高忠実度単一キュービットゲートのみを用いてSPとMの誤差パラメータを効率よく,かつ分離的に特徴付けるプロトコルを構築する方法を示す。 測定値は非破壊的と仮定され、Mの誤差は(迅速かつ時間的に)非相関で古典的であるとみなされる。 特に、プロトコルの回路深さはシステムサイズとは独立であり、ターゲットパラメータは実験的な繰り返しの数によってのみ制限される精度で特徴づけられる。 我々は、IBM Quantum Platformデバイスにおける複数のキュービット上のSPAMエラーを並列に評価するためにプロトコルを使用し、SP不完全性は最大6.57 %$、読み出し代入エラーは最大19.1 %$である。 また,SP誤差を適切に考慮しない測定誤差緩和が,観測可能な予測値の偏差推定にどのように寄与するかを数値シミュレーションで示す。

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