論文の概要: General Quantum Instruction for Communication via Maximally Entangled $n$-Qubit States

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.14280v1
• Date: Tue, 16 Dec 2025 10:42:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-17 16:49:26.6896
• Title: General Quantum Instruction for Communication via Maximally Entangled $n$-Qubit States
• Title（参考訳）: 最大絡み合った$n$-Qubit状態による通信のための一般量子インストラクション
• Authors: Saba Arife Bozpolat,
• Abstract要約: 本研究は,nビットの情報の伝送を可能にする,一般化された$n$-bitスーパーセンス符号化プロトコルを提案する。 このプロトコルは、最大エンタングルされたn-量子状態を生成し、従来のメッセージをPauli-ZとPauli-Xゲートでエンコードし、メッセージの送信と復号を行う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: This study presents a generalized $n$-bit superdense coding protocol that enables the transmission of n classical bits of information using an entangled n--qubit quantum system and the transmission of $n-1$ qubits. The protocol involves creating a maximally entangled n--qubit state, encoding the classical message with Pauli--Z and Pauli--X gates, and then transmitting and decoding the message via quantum communication, quantum operations, and measurements. The key novelty of this work lies in the proposed n--bit encoding routine, which, to the best of our knowledge, is the first explicit and scalable recipe for constructing quantum circuits for n--bit Superdense Coding, minimizing errors through a simple circuit design. The protocol was tested on real quantum hardware using Qiskit 2.0 and the IBM--Torino quantum computer for message lengths of 4, 6, 8, and 10 bits. Results show that success rates decrease as message length, circuit depth, and gate count increase, largely due to increased Pauli--X gate usage for messages with more ``1" bits. Strategies to improve performance include sending messages in shorter segments and advances in qubit coherence and gate fidelity. This work offers a practical and easily scalable quantum communication instruction with potential applications in quantum networks and communication systems.
• Abstract（参考訳）: 本研究では,n-量子ビット量子システムを用いたn-古典ビットの伝送と$n-1$ qubitsの伝送を可能にする,一般化された$n$-bitスーパーセンス符号化プロトコルを提案する。 このプロトコルは、最大エンタングルされたn-量子状態を作成し、パウリ-Zとパウリ-Xゲートで古典的なメッセージをエンコードし、量子通信、量子演算、測定を通してメッセージを送信しデコードする。この研究の重要な特徴は、提案されたn-ビットエンコーディングルーチンにある。これは、私たちの知る限り、n-ビットスーパーデンス符号化のための量子回路を構築するための最初の明示的でスケーラブルなレシピであり、単純な回路設計でエラーを最小限にする。このプロトコルは、Qiskit 2.0とIBM-Torino量子コンピュータを使って、メッセージの長さ4, 6, 10ビットで、実際の量子ハードウェアでテストされた。 その結果, メッセージ長, 回路深度, ゲート数の増加に伴って成功率が低下することが示唆された。 パフォーマンスを改善するための戦略としては、短いセグメントでのメッセージ送信や、キュービットのコヒーレンスとゲートの忠実性の向上がある。 この研究は、量子ネットワークや通信システムにおける潜在的な応用に対して、実用的で容易にスケーラブルな量子通信命令を提供する。

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