論文の概要: Embedding-Aware Noise Modeling of Quantum Annealing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.04594v2
• Date: Wed, 08 Oct 2025 09:42:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-09 14:21:18.193263
• Title: Embedding-Aware Noise Modeling of Quantum Annealing
• Title（参考訳）: 量子アニーリングの埋め込み型ノイズモデリング
• Authors: Seon-Geun Jeong, Mai Dinh Cong, Dae-Il Noh, Quoc-Viet Pham, Won-Joo Hwang,
• Abstract要約: D-WaveのZephyrトポロジにおいて,組込みによるオーバーヘッドとハードウェアノイズを結合するフレームワークを開発した。 本研究は、チェーン安定性と論理カプラの忠実度とのトレードオフを説明する一般的な埋め込み型ノイズ・フレームワークを構築した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.446273281167618
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum annealing provides a practical realization of adiabatic quantum computation and has emerged as a promising approach for solving large-scale combinatorial optimization problems. However, current devices remain constrained by sparse hardware connectivity, which requires embedding logical variables into chains of physical qubits. This embedding overhead limits scalability and reduces reliability as longer chains are more prone to noise-induced errors. In this work, building on the known structural result that the average chain length in clique embeddings grows linearly with the problem size, we develop a mathematical framework that connects embedding-induced overhead with hardware noise in D-Wave's Zephyr topology. Our analysis derives closed-form expressions for chain break probability and chain break fraction under a Gaussian control error model, establishing how noise scales with embedding size and how chain strength should be adjusted with chain length to maintain reliability. Experimental results from the Zephyr topology-based quantum processing unit confirm the accuracy of these predictions, demonstrating both the validity of the theoretical noise model and the practical relevance of the derived scaling rule. Beyond validating a theoretical model against hardware data, our findings establish a general embedding-aware noise framework that explains the trade-off between chain stability and logical coupler fidelity. Our framework advances the understanding of noise amplification in current devices and provides quantitative guidance for embedding-aware parameter tuning strategies.
• Abstract（参考訳）: 量子アニーリングは、断熱的量子計算を現実的に実現し、大規模な組合せ最適化問題を解決するための有望なアプローチとして登場した。 しかし、現在のデバイスは、物理量子ビットのチェーンに論理変数を埋め込む必要のある、疎結合なハードウェアによって制約され続けている。 この組込みオーバーヘッドはスケーラビリティを制限し、より長いチェーンがノイズによるエラーを起こしやすいため、信頼性を低下させる。 本研究は, 斜め埋め込みにおける平均鎖長が問題の大きさと線形に増加するという既知の構造的結果に基づいて, D-Wave のゼーファートポロジーにおける埋め込み誘起オーバーヘッドとハードウェアノイズを結合する数学的枠組みを開発する。 本分析は,ガウス制御誤差モデルに基づくチェーン破断確率とチェーン破断率の閉形式式を導出し,組込みサイズによるノイズスケールと,チェーン強度をチェーン長で調整して信頼性を維持する方法を確立する。 ゼーファートポロジに基づく量子処理ユニットの実験結果からこれらの予測の精度が確認され、理論ノイズモデルの妥当性と導出したスケーリング規則の実用的妥当性が証明された。 ハードウェアデータに対する理論的モデルを検証すること以外に,我々はチェーン安定性と論理カプラの忠実度とのトレードオフを説明する一般的な埋め込み型ノイズフレームワークを構築した。 本フレームワークは,現在のデバイスにおけるノイズ増幅の理解を深め,組込み型パラメータチューニング戦略の定量的ガイダンスを提供する。

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