論文の概要: QANTIS: A Hardware-Validated Quantum Platform for POMDP Planning and Multi-Target Data Association

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.00785v1
• Date: Sat, 28 Feb 2026 19:13:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-03 19:50:56.359529
• Title: QANTIS: A Hardware-Validated Quantum Platform for POMDP Planning and Multi-Target Data Association
• Title（参考訳）: QANTIS: POMDPプランニングとマルチターゲットデータアソシエーションのためのハードウェア検証量子プラットフォーム
• Authors: Bayram Yüksel Eker, Suayb S. Arslan, Özgür Nazlı, Mustafa Serhat Demirgil, Furkan Deligöz,
• Abstract要約: 本稿では、量子信念更新(Grover振幅増幅とBIQAE)、FPC-QAOAによるQUBOベースのデータアソシエーション、および構成可能なエラー軽減を統合するモジュールプラットフォームであるQSを紹介する。 ハードウェア上では、タイガーの信念に適用される単一のグローバー反復は、ベイズの後部を保ちながら、0.179$から9.07$(5.1times$; ISA 18)の稀な観測確率を増幅する。 さらに、我々の知る限り、超伝導ハードウェア上で最初のクローズドループハイブリッド量子古典型Tiger POMDPを実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.11040996037715
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Autonomous navigation under uncertainty requires solving partially observable Markov decision processes (POMDPs) for planning and assigning sensor measurements to tracked targets--a task known as multi-target data association (MTDA). Both problems become computationally demanding at scale: belief conditioning costs $\mathcal{O}(P(e)^{-1})$ per node under rare evidence, while MTDA is NP-hard. Quantum amplitude amplification can quadratically reduce the belief-update query cost to $\mathcal{O}(P(e)^{-1/2})$, while QUBO reformulations expose MTDA to quantum and quantum-inspired optimisation heuristics. We present QANTIS, a modular platform that integrates quantum belief update (Grover amplitude amplification and BIQAE), QUBO-based data association via FPC-QAOA, and composable error mitigation, and we report a 45-experiment hardware study on three IBM Heron backends. On hardware, a single Grover iterate applied to a Tiger belief oracle amplifies a rare observation probability from $0.179$ to $0.907$ ($5.1\times$; ISA 18) while preserving the Bayesian posterior (Hellinger $0.0015$), increasing usable-shot yield from 1,463 to 7,429. We interpret this as a hardware validation of the quadratic query-complexity mechanism at $k=1$ with posterior preservation, rather than a wall-clock advantage claim. We further demonstrate, to our knowledge, the first closed-loop hybrid quantum-classical Tiger POMDP on superconducting hardware ($T=8$, max Hellinger below $0.015$), and empirically characterise NISQ feasibility boundaries: ZNE-based error mitigation is beneficial below ISA $\approx 100$ and harmful above ISA $\gtrsim 1{,}000$; FPC-QAOA is meaningful at $\leq 15$ QUBO variables (ISA $\lesssim 450$). These results characterise practical operating regimes on current superconducting hardware rather than wall-clock quantum advantage at today's problem scales.
• Abstract（参考訳）: 不確実性の下での自律ナビゲーションでは、センサー計測を追跡対象に計画し割り当てるために、部分的に観測可能なマルコフ決定プロセス(POMDP)を解く必要がある。 信念条件付けは、稀な証拠の下でノード当たり$\mathcal{O}(P(e)^{-1})$であり、MTDAはNPハードである。 量子振幅増幅は、信念更新クエリコストを$\mathcal{O}(P(e)^{-1/2})$に2次的に減少させるが、QUBOの改定は、MTDAを量子および量子に着想を得た最適化ヒューリスティックに露出させる。 我々は、量子信念更新(Grover振幅増幅とBIQAE)、FPC-QAOAによるQUBOベースのデータアソシエーション、構成可能なエラー軽減を統合したモジュールプラットフォームであるQANTISを報告し、3つのIBM Heronバックエンドに関する45の実験ハードウェア研究について報告する。 ハードウェア上では、タイガーの信念に適用される単一のGroverイテレートは、ベイズの後部(Hellinger $0.0015$)を保ちながら、0.179$から0.907$(5.1\times$; ISA 18)の希少な観測確率を増幅し、1,463から7,429に拡大する。 我々はこれを、ウォールクロックのアドバンテージクレームではなく、後続保存を伴う2次クエリ複雑度機構のハードウェア検証として、$k=1$と解釈する。 ZNEベースのエラー軽減はISA$\approx 100$以下で有益であり、ISA$\gtrsim 1{,}000$; FPC-QAOAは$\leq 15$ QUBO変数(ISA$\lesssim 450$)で有意義である。 これらの結果は、今日の問題スケールにおけるウォールクロック量子アドバンテージよりも、現在の超伝導ハードウェア上での実用的な運用体制を特徴付ける。

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