論文の概要: A Fine-Grained and Efficient Reliability Analysis Framework for Noisy Quantum Circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.18347v1
• Date: Fri, 20 Feb 2026 16:58:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-23 18:01:41.385418
• Title: A Fine-Grained and Efficient Reliability Analysis Framework for Noisy Quantum Circuits
• Title（参考訳）: ノイズ量子回路のための微細粒度・高能率信頼性解析フレームワーク
• Authors: Jindi Wu, Tianjie Hu, Qun Li,
• Abstract要約: 本稿では,ノイズ量子回路の信頼性評価を高精度かつ高精度に行うための,きめ細かな,スケーラブルで解釈可能なフレームワークを提案する。 提案手法は,回路の信頼性が実行中に徐々に劣化するかをモデル化するために,状態に依存しない解析を行う。 NPCに基づいて、キュービットレベルの信頼性と回路レベルの信頼性の両方を定量化する信頼性指標であるProxy Fidelityを定義する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.688452856995602
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Evaluating the reliability of noisy quantum circuits is essential for implementing quantum algorithms on noisy quantum devices. However, current quantum hardware exhibits diverse noise mechanisms whose compounded effects make accurate and efficient reliability evaluation challenging. While state fidelity is the most faithful indicator of circuit reliability, it is experimentally and computationally prohibitive to obtain. Alternative metrics, although easier to compute, often fail to accurately reflect circuit reliability, lack universality across circuit types, or offer limited interpretability. To address these challenges, we propose a fine-grained, scalable, and interpretable framework for efficient and accurate reliability evaluation of noisy quantum circuits. Our approach performs a state-independent analysis to model how circuit reliability progressively degrades during execution. We introduce the Noise Proxy Circuit (NPC), which removes all logical operations while preserving the complete sequence of noise channels, thereby providing an abstraction of cumulative noise effects. Based on the NPC, we define Proxy Fidelity, a reliability metric that quantifies both qubit-level and circuit-level reliability. We further develop an analytical algorithm to estimate Proxy Fidelity under depolarizing, thermal relaxation, and readout error channels. The proposed framework achieves fidelity-level reliability estimation while remaining execution-free, scalable, and interpretable. Experimental results show that our method accurately estimates circuit fidelity, with an average absolute difference (AAD) ranging from 0.031 to 0.069 across diverse circuits and devices.
• Abstract（参考訳）: ノイズ量子回路の信頼性を評価することは、ノイズ量子デバイス上で量子アルゴリズムを実装する上で不可欠である。 しかし、現在の量子ハードウェアは、複雑な効果が正確かつ効率的な信頼性評価を困難にする様々なノイズメカニズムを示す。 状態忠実度は回路信頼性の最も忠実な指標であるが、実験的にも計算的にも取得が禁止されている。 計算は容易だが、回路の信頼性を正確に反映できず、回路タイプに共通性を欠いたり、限定的な解釈性を提供したりする場合が多い。 これらの課題に対処するために,ノイズ量子回路の高精度かつ高精度な信頼性評価のための,きめ細かな,スケーラブルで解釈可能なフレームワークを提案する。 提案手法は,回路の信頼性が実行中に徐々に劣化するかをモデル化するために,状態に依存しない解析を行う。 本研究では,ノイズチャネルの完全順序を保ちながら全ての論理演算を除去し,累積雑音効果の抽象化を行うノイズプロキシ回路(NPC)を提案する。 NPCに基づいて、キュービットレベルの信頼性と回路レベルの信頼性の両方を定量化する信頼性指標であるProxy Fidelityを定義する。 さらに, 脱分極, 熱緩和, 読み出し誤差チャネル下でのプロキシ忠実度を推定する解析アルゴリズムを開発した。 提案フレームワークは,実行自由でスケーラブルで解釈可能なまま,忠実度レベルの信頼性評価を実現する。 実験の結果,回路の忠実度を精度良く推定し,各回路およびデバイスの平均絶対差(AAD)を0.031から0.069の範囲で推定した。

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