論文の概要: Ensemble-Based Quantum Signal Processing for Error Mitigation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.20073v1
• Date: Tue, 27 Jan 2026 21:35:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-29 15:46:06.67112
• Title: Ensemble-Based Quantum Signal Processing for Error Mitigation
• Title（参考訳）: 誤り除去のためのアンサンブルに基づく量子信号処理
• Authors: Suying Liu, Yulong Dong, Dong An, Murphy Yuezhen Niu,
• Abstract要約: ノイズは、短期デバイスに量子アルゴリズムをデプロイする上で、依然として中心的な障害である。 特に、回路実行中に蓄積されるランダムなコヒーレントエラーは、支配的かつ根本的なノイズ源である。 本稿では,量子信号処理のための耐雑音性フレームワークを導入し,回路深度やアシラリー量子ビット要求を増大させることなく,コヒーレントな誤差を緩和する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.5659159991711618
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Despite rapid advances in quantum hardware, noise remains a central obstacle to deploying quantum algorithms on near-term devices. In particular, random coherent errors that accumulate during circuit execution constitute a dominant and fundamentally challenging noise source. We introduce a noise-resilient framework for Quantum Signal Processing (QSP) that mitigates such coherent errors without increasing circuit depth or ancillary qubit requirements. Our approach uses ensembles of noisy QSP circuits combined with measurement-level averaging to suppress random phase errors in Z rotations. Building on this framework, we develop robust QSP algorithms for implementing polynomial functions of Hermitian matrices and for estimating observables, with applications to Hamiltonian simulation, quantum linear systems, and ground-state preparation. We analyze the trade-off between approximation error and hardware noise, which is essential for practical implementation under the stringent depth and coherence constraints of current quantum hardware. Our results establish a practical pathway for integrating error mitigation seamlessly into algorithmic design, advancing the development of robust quantum computing, and enabling the discovery of scientific applications with near- and mid-term quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 量子ハードウェアの急速な進歩にもかかわらず、ノイズは、短期的なデバイスに量子アルゴリズムをデプロイする際の中心的な障害である。 特に、回路実行中に蓄積されるランダムなコヒーレントエラーは、支配的かつ根本的なノイズ源である。 本稿では,量子信号処理(QSP)のための耐雑音性フレームワークを提案する。 提案手法では,Z回転のランダム位相誤差を抑制するために,ノイズの多いQSP回路のアンサンブルと測定レベルの平均化を併用する。 この枠組みに基づいて、エルミート行列の多項式関数を実装し、観測可能量を推定するための堅牢なQSPアルゴリズムを開発し、ハミルトニアンシミュレーション、量子線形系、基底状態の準備に応用する。 我々は、現在の量子ハードウェアの厳密な深さとコヒーレンス制約の下での実践に欠かせない近似誤差とハードウェアノイズのトレードオフを分析する。 本研究は,アルゴリズム設計にミス軽減をシームレスに統合し,ロバストな量子コンピューティングの開発を推進し,準長期量子デバイスを用いた科学的応用の発見を可能にするための実践的経路を確立する。

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