論文の概要: Enhancing classical simulation with noisy quantum devices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.08772v1
• Date: Tue, 13 Jan 2026 18:01:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-14 18:27:19.318359
• Title: Enhancing classical simulation with noisy quantum devices
• Title（参考訳）: ノイズ量子デバイスによる古典シミュレーションの強化
• Authors: Ruiqi Zhang, Fuchuan Wei, Zhaohui Wei,
• Abstract要約: 量子回路の古典的シミュレーションを強化するため,ノイズの多い量子デバイスを計算資源として活用できることを示す。 我々は,安定化器をベースとしたモンテカルロシミュレーション法を改良したNDE-CSプロトコルを提案する。 NDE-CSはサンプリングコストのオーダー・オブ・マグニチュード削減を実現している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.834807045442057
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: As quantum devices continue to improve in scale and precision, a central challenge is how to effectively utilize noisy hardware for meaningful computation. Most existing approaches aim to recover noiseless circuit outputs from noisy ones through error mitigation or correction. Here, we show that noisy quantum devices can be directly leveraged as computational resources to enhance the classical simulation of quantum circuits. We introduce the Noisy-device-enhanced Classical Simulation (NDE-CS) protocol, which improves stabilizer-based classical Monte Carlo simulation methods by incorporating data obtained from noisy quantum hardware. Specifically, NDE-CS uses noisy executions of a target circuit together with noisy Clifford circuits to learn how the target circuit can be expressed in terms of Clifford circuits under realistic noise. The same learned relation can then be reused in the noiseless Clifford limit, enabling accurate estimation of ideal expectation values with substantially reduced sampling cost. Numerical simulations on Trotterized Ising circuits demonstrate that NDE-CS achieves orders-of-magnitude reductions in sampling cost compared to the underlying purely classical Monte Carlo approaches from which it is derived, while maintaining the same accuracy. We also compare NDE-CS with Sparse Pauli Dynamics (SPD), a powerful classical framework capable of simulating quantum circuits at previously inaccessible scales, and provide an example where the cost of SPD scales exponentially with system size, while NDE-CS scales much more favorably. These results establish NDE-CS as a scalable hybrid simulation approach for quantum circuits, where noise can be harnessed as a computational asset.
• Abstract（参考訳）: 量子デバイスはスケールと精度が向上し続けており、ノイズの多いハードウェアを有意義な計算に効果的に活用する方法が課題となっている。 既存のほとんどのアプローチは、ノイズのない回路出力を誤差軽減や補正によって回復することを目的としている。 本稿では,量子回路の古典的シミュレーションを強化するために,ノイズ量子デバイスを直接計算資源として活用できることを述べる。 本研究では,NDE-CSプロトコルを導入し,ノイズ量子ハードウェアから得られたデータを組み込むことで,安定化器に基づく古典モンテカルロシミュレーション法を改善する。 具体的には、NDE-CSは、ノイズの多いクリフォード回路とともに、ターゲット回路のノイズの多い実行を使用して、現実的な雑音下でのクリフォード回路の表現方法を学ぶ。 同じ学習された関係をノイズレスクリフォード極限で再利用し、サンプリングコストを大幅に削減した理想的な期待値の正確な推定を可能にする。 トロッタライズド・アイジング回路の数値シミュレーションにより、NDE-CSはサンプリングコストのオーダー・オブ・マグニチュード・リダクションを実現し、従来のモンテカルロ法と同等の精度を保ちながら、その基本となる古典的モンテカルロ法と比較した。 また,NDE-CS と Sparse Pauli Dynamics (SPD) を比較した。これは従来はアクセス不可能なスケールで量子回路をシミュレーションできる強力な古典的フレームワークであり,SPD のコストがシステムサイズに比例して指数関数的にスケールするのに対して,NDE-CS はより好意的にスケールする。 これらの結果は、NDE-CSを量子回路のスケーラブルなハイブリッドシミュレーション手法として確立し、ノイズを計算資産として利用することができる。

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