論文の概要: Simulation of noisy quantum circuits using frame representations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.05131v1
- Date: Thu, 08 Jan 2026 17:20:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-09 17:01:53.300074
- Title: Simulation of noisy quantum circuits using frame representations
- Title（参考訳）: フレーム表現を用いたノイズ量子回路のシミュレーション
- Authors: Janek Denzler, Jose Carrasco, Jens Eisert, Tommaso Guaita,
- Abstract要約: フレーム理論に基づく量子回路の古典的シミュレーションのための統一的な枠組みを導入する。
このフレームワーク内では、シミュレーションアルゴリズムの計算コストは、関連する準確率分布の1ノルムによって決定される。
- 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: One of the core research questions in the theory of quantum computing is to find out to what precise extent the classical simulation of a noisy quantum circuits is possible and where potential quantum advantages can set in. In this work, we introduce a unified framework for the classical simulation of quantum circuits based on frame theory, encompassing and generalizing a broad class of existing simulation strategies. Within this framework, the computational cost of a simulation algorithm is determined by the one-norm of an associated quasi-probability distribution, providing a common quantitative measure across different simulation approaches. This enables a comprehensive perspective on common methods for the simulation of noisy circuits based on different quantum resources, such as entanglement or non-stabilizerness. It further provides a clear scheme for generating novel classical simulation algorithms. Indeed, by exploring different choices of frames within this formalism and resorting to tools of convex optimization, we are able not only to obtain new insights and improved bounds for existing methods -- such as stabilizer state simulation or Pauli back-propagation -- but also to discover a new approach with an improved performance based on a generalization of the Pauli frame. We, thereby, show that classical simulation techniques can directly benefit from a perspective -- that of frames -- that goes beyond the traditional classification of quantum resources.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティング理論における中核的な研究の1つは、ノイズの多い量子回路の古典的なシミュレーションがどこまで正確に可能か、そして量子上の利点がどこに置かれるかを知ることである。
本研究では,フレーム理論に基づく量子回路の古典的シミュレーションのための統一的なフレームワークを導入し,既存のシミュレーション戦略の幅広いクラスを包含し,一般化する。
このフレームワーク内では、シミュレーションアルゴリズムの計算コストは、関連する準確率分布の1ノルムで決定され、異なるシミュレーションアプローチで共通の定量的尺度を提供する。
これにより、エンタングルメントや非安定化器性など、異なる量子資源に基づくノイズ回路のシミュレーションのための一般的な手法に関する包括的な視点が可能になる。
さらに、新しい古典的シミュレーションアルゴリズムを生成するための明確なスキームを提供する。
実際、このフォーマリズムの中で異なるフレームの選択を探求し、凸最適化のツールを活用して、安定化状態シミュレーションやパウリバックプロパゲーションのような既存の手法の新たな洞察と改善されたバウンダリを得るだけでなく、パウリフレームの一般化に基づくパフォーマンスの向上による新しいアプローチを発見することができる。
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