論文の概要: Practical Noise Mitigation for Quantum Annealing via Dynamical Decoupling -- Towards Industry-Relevant Optimization using Trapped Ions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.19073v1
• Date: Tue, 21 Oct 2025 20:57:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 03:08:14.719595
• Title: Practical Noise Mitigation for Quantum Annealing via Dynamical Decoupling -- Towards Industry-Relevant Optimization using Trapped Ions
• Title（参考訳）: ダイナミックデカップリングによる量子アニーリングの実用的ノイズ低減 -トラップイオンを用いた産業関連最適化に向けて-
• Authors: Sebastian Nagies, Chiara Capecci, Marcel Seelbach Benkner, Javed Akram, Sebastian Rubbert, Dimitrios Bantounas, Michael Moeller, Michael Johanning, Philipp Hauke,
• Abstract要約: 動的デカップリングパルスの周期的応用による量子アニールプロトコルにおける局所場雑音の抑制について検討する。 テスト問題として、最小限のマルチオブジェクト追跡QUBOインスタンスを5と9キュービットで構築し、ストックインスタンスを5と6キュービットで切断する。 解析的および数値的な結果から,雑音振幅と動的疎結合パルス間隔を組み合わせた一般化パラメータを用いて,普遍的なスケーリング挙動が明らかとなった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.736283816064367
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Quantum annealing is a framework for solving combinatorial optimization problems. While it offers a promising path towards a practical application of quantum hardware, its performance in real-world devices is severely limited by environmental noise that can degrade solution quality. We investigate the suppression of local field noise in quantum annealing protocols through the periodic application of dynamical decoupling pulses implementing global spin flips. As test problems, we construct minimal Multiple Object Tracking QUBO instances requiring only five and nine qubits, as well as cutting stock instances of five and six qubits. To further place our results in a practical context, we consider a trapped-ion platform based on magnetic gradient-induced coupling as a reference architecture, using it to define experimentally realistic noise and coupling parameters. We show that external magnetic field fluctuations, typical in such setups, significantly degrade annealing fidelity, while moderate dynamical decoupling pulse rates, which are achievable in current experiments, restore performance to near-ideal levels. Our analytical and numerical results reveal a universal scaling behavior, with fidelity determined by a generalized parameter combining noise amplitude and dynamical decoupling pulse interval. While our analysis is grounded in the trapped-ion platform, the proposed noise mitigation strategy and resulting performance improvements are applicable to a broad range of quantum annealing implementations and establish a practical and scalable route for error mitigation in near-term devices.
• Abstract（参考訳）: 量子アニールは組合せ最適化問題を解決するためのフレームワークである。 量子ハードウェアの実用化に向けて有望な道筋を提供するが、実際のデバイスの性能は、ソリューションの品質を劣化させる環境ノイズによって著しく制限されている。 本研究では,グローバルスピンフリップを実装した動的デカップリングパルスの周期的応用により,量子アニールプロトコルにおける局所場雑音の抑制について検討する。 テスト問題として、最小限のマルチオブジェクト追跡QUBOインスタンスを5と9キュービットで構築し、ストックインスタンスを5と6キュービットで切断する。 本研究の成果をより現実的な文脈に配置するため,磁気勾配誘導結合を基準として,実測的なノイズと結合パラメータを定め,トラップイオンプラットフォームを基準アーキテクチャとして検討した。 本研究では, 外部磁場変動, 典型的にはアニーリング忠実度を著しく低下させる一方, 現在の実験で実現可能な中程度の動的デカップリングパルス速度は, 性能をほぼ理想レベルに回復させることを示した。 解析的および数値的な結果から,雑音振幅と動的疎結合パルス間隔を組み合わせた一般化パラメータを用いて,普遍的なスケーリング挙動が明らかとなった。 我々の分析はトラップイオンプラットフォームに基礎を置いているが,提案したノイズ低減戦略と性能改善は,広範囲の量子アニール実装に適用可能であり,短期デバイスにおけるエラー軽減のための実用的でスケーラブルな経路を確立することができる。

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