論文の概要: Sample- and Hardware-Efficient Fidelity Estimation by Stripping Phase-Dominated Magic

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.09710v1
• Date: Tue, 10 Feb 2026 12:13:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-11 20:17:43.522613
• Title: Sample- and Hardware-Efficient Fidelity Estimation by Stripping Phase-Dominated Magic
• Title（参考訳）: Stripping Phase-Manminated Magic によるサンプル・ハードウェア効率の高い忠実度推定
• Authors: Guedong Park, Jaekwon Chang, Yosep Kim, Yong Siah Teo, Hyunseok Jeong,
• Abstract要約: 本研究は、実現可能な量子デバイスで手頃な価格のサンプルおよびゲート効率の高い忠実度推定アルゴリズムを提案する。 サンプル効率のよいDFEが強い絡み合いと魔法によって制限される位相状態の構造に近い純状態による忠実度推定は、$mathcalO(mathrmpoly(n))$ サンプリングコピーを使用することで、単一の$n$-qubit ファンアウトゲートで可能であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2796197251957245
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Direct fidelity estimation (DFE) is a famous tool for estimating the fidelity with a target pure state. However, such a method generally requires exponentially many sampling copies due to the large magic of the target state. This work proposes a sample- and gate-efficient fidelity estimation algorithm that is affordable within feasible quantum devices. We show that the fidelity estimation with pure states close to the structure of phase states, for which sample-efficient DFE is limited by their strong entanglement and magic, can be done by using $\mathcal{O}(\mathrm{poly}(n))$ sampling copies, with a single $n$-qubit fan-out gate. As the target state becomes a phase state, the sampling complexity reaches $\mathcal{O}(1)$. Such a drastic improvement stems from a crucial step in our scheme, the so-called phase stripping, which can significantly reduce the target-state magic. Furthermore, we convert a complex diagonal gate resource, which is needed to design a phase-stripping-adapted algorithm, into nonlinear classical post-processing of Pauli measurements so that we only require a single fan-out gate. Additionally, as another variant using the nonlinear post-processing, we propose a nonlinear extension of the conventional DFE scheme. Here, the sampling reduction compared to DFE is also guaranteed, while preserving the Pauli measurement as the only circuit resource. We expect our work to contribute to establishing noise-resilient quantum algorithms by enabling a significant reduction in sampling overhead for fidelity estimation under the restricted gate resources, and ultimately to clarifying a fundamental gap between the resource overhead required to understand complex physical properties and that required to generate them.
• Abstract（参考訳）: 直接忠実度推定(DFE)は、目的とする純状態で忠実度を推定するための有名なツールである。 しかし、そのような方法は一般に、ターゲット状態の大きなマジックのため、指数関数的に多くのサンプリングコピーを必要とする。 本研究は、実現可能な量子デバイスで手頃な価格のサンプルおよびゲート効率の高い忠実度推定アルゴリズムを提案する。 サンプル効率DFEが強い絡み合いと魔法によって制限される相状態の構造に近い純状態による忠実度推定は、$\mathcal{O}(\mathrm{poly}(n))$ sample copy, with a single $n$-qubit fan-out gate。 ターゲット状態が位相状態になると、サンプリングの複雑さは$\mathcal{O}(1)$に達する。 このような劇的な改善は、我々の計画における重要なステップであるフェーズストリッピングに起因し、ターゲット状態の魔法を著しく減らすことができる。 さらに,位相ストリップ適応アルゴリズムの設計に必要な複雑な対角ゲート資源を,1つのファンアウトゲートしか必要としないように,パウリ測定の非線形古典的後処理に変換する。 さらに、非線形後処理を用いた別の変種として、従来のDFE方式の非線形拡張を提案する。 ここでは、唯一の回路資源としてパウリ測定を保ちながら、DFEに対するサンプリング低減も保証される。 我々は,制限ゲートリソース下でのファイダリティ推定のサンプリングオーバーヘッドを大幅に削減し,複雑な物理特性を理解するために必要なリソースオーバーヘッドと,それらを生成するために必要なリソースオーバーヘッドとの根本的なギャップを明らかにすることで,ノイズ耐性量子アルゴリズムの確立に貢献することを期待している。

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