論文の概要: Benchmarking non-Clifford gates using only Pauli twirling group

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.15554v1
• Date: Fri, 17 Oct 2025 11:38:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-20 20:17:34.597574
• Title: Benchmarking non-Clifford gates using only Pauli twirling group
• Title（参考訳）: Pauli twirling 群のみを用いた非クリフォードゲートのベンチマーク
• Authors: Han Ye, Guoding Liu, Xiongfeng Ma,
• Abstract要約: 量子ゲートベンチマークは、状態準備と測定誤差の影響が避けられない。 実際には、局所的なツイリングゲートは、高い忠実度と実験的実現性のために好まれる。 本稿では、局所的なパウリ演算のみを用いて、量子チャネルに対するパウリ転送行列要素を推定するパウリ転送文字ベンチマークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.314868859930996
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum gate benchmarking is unavoidably influenced by state preparation and measurement errors. Randomized benchmarking addresses this challenge by employing group twirling to regularize the noise channel, then provides a characterization of quantum channels that is robust to these errors through exponential fittings. In practice, local twirling gates are preferred due to their high fidelity and experimental feasibility. However, while existing RB methods leveraging local twirling gates are effective for benchmarking Clifford gates, they face fundamental challenges in benchmarking non-Clifford gates. In this work, we solve this problem by introducing the Pauli Transfer Character Benchmarking. This protocol estimates the Pauli transfer matrix elements for a quantum channel using only local Pauli operations. Building on this protocol, we develop a fidelity benchmarking method for non-Clifford gates $U$ satisfying $U^2=I$. We validate the feasibility of our protocol through numerical simulations applied to Toffoli gates as a concrete example.
• Abstract（参考訳）: 量子ゲートベンチマークは、状態準備と測定誤差の影響が避けられない。 ランダム化ベンチマークは、ノイズチャネルを正規化するためにグループツイリングを用いてこの問題に対処し、指数的フィッティングによってこれらのエラーに対して堅牢な量子チャネルの特性を提供する。 実際には、局所的なツイリングゲートは、高い忠実度と実験的実現性のために好まれる。 しかし、局所的なツイリングゲートを利用する既存のRB手法はクリフォードゲートのベンチマークに有効であるが、非クリフォードゲートのベンチマークにおいて根本的な課題に直面している。 本研究では,Pauli Transfer Character Benchmarkingを導入することでこの問題を解決する。 このプロトコルは、局所的なパウリ演算のみを用いて、量子チャネルのパウリ移動行列要素を推定する。 このプロトコルに基づいて,非クリフォードゲートに対して,U^2=I$を満足する$U$の忠実度ベンチマーク手法を開発する。 具体例としてToffoliゲートに適用した数値シミュレーションにより,本プロトコルの有効性を検証した。

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