論文の概要: The Exponential Deviation Induced by Quantum Readout Error Mitigation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.08687v1
• Date: Thu, 09 Oct 2025 18:00:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-14 00:38:47.392227
• Title: The Exponential Deviation Induced by Quantum Readout Error Mitigation
• Title（参考訳）: 量子リードアウト誤差低減による指数偏差
• Authors: Yibin Guo, Yi Fan, Pei Liu, Shoukuan Zhao, Yirong Jin, Xiaoxia Cai, Xiongzhi Zeng, Zhenyu Li, Wengang Zhang, Hai-Feng Yu,
• Abstract要約: 従来の測定誤差低減手法では,量子ビット数の増加に伴い指数関数的に増大する体系的誤差を導入する。 我々は,大規模絡み合った状態の忠実度が,状態準備誤差の有無で著しく過大評価されることを実証した。 また, 変分量子固有解法や時間発展法などの有価量子アルゴリズムの結果が, システム規模が大きくなるにつれて, 理想的な結果から著しく逸脱することを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.028952822683252
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The error mitigation techniques are indispensable for the noisy intermediate-scale quantum devices to obtain the experimental data with reasonable precision. The method based on taking the inverse of the measurement error matrix is widely used in quantum computing experiment to mitigate readout errors. In principle, the state preparation and measurement (SPAM) error are fundamentally hard to distinguish. This implies that while readout calibration matrices mitigate readout errors, they simultaneously introduce extra initialization errors to the experimental data. In this work, we show that the conventional measurement error mitigation methods will introduce systematic errors that grow exponentially with the increase of qubit number. To illustrate their specific impact, we take large-scale entangled state preparation and measurement as examples, which are usually used for characterizing the performance of quantum processors. We demonstrated that the fidelity of large-scale entangled states will be significantly overestimated at presence of the state preparation error. Besides, we also showed that the outcome results of prevalent quantum algorithms such as variational quantum eigensolver and time evolution methods severe deviate from the ideal results as the system scale grows. These evidences indicate that state preparation error should be benchmarked and treated more carefully than it is recently. To demonstrate the effectiveness of the readout error mitigation technique at a given qubit scale, we have calculated an upper bound of the acceptable state preparation error rate.
• Abstract（参考訳）: 誤差軽減技術は、ノイズの多い中間スケールの量子デバイスが妥当な精度で実験データを得るのに不可欠である。 測定誤差行列の逆数を取る手法は、量子コンピューティング実験において、読み出し誤差を軽減するために広く用いられている。 原則として、状態準備測定(SPAM)誤差は基本的に区別が難しい。 これは、読み出し校正行列が読み出し誤差を軽減する一方で、実験データに追加の初期化誤差を同時に導入することを意味する。 そこで本研究では,従来の測定誤差低減手法により,量子ビット数の増加に伴い指数関数的に増加する系統的誤差が生じることを示す。 その具体的影響を説明するために、量子プロセッサの性能を特徴付けるために通常使用される大規模な絡み合った状態の準備と測定を例に挙げる。 我々は,大規模絡み合った状態の忠実度が,状態準備誤差の有無で著しく過大評価されることを実証した。 また, 変分量子固有解法や時間発展法などの有価量子アルゴリズムの結果が, システム規模が大きくなるにつれて, 理想的な結果から著しく逸脱することを示した。 これらの証拠は、状態準備エラーが最近よりも慎重にベンチマークされ、治療されるべきであることを示している。 所定のキュービットスケールでの読み出し誤差軽減手法の有効性を示すため,許容状態準備誤差率の上限を計算した。

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