論文の概要: Sharpening Worst-Case Error Assessment for Fault-Tolerant Quantum Computing: Fidelity and Its Deviation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.07495v1
• Date: Sun, 08 Mar 2026 06:35:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-10 15:13:14.690603
• Title: Sharpening Worst-Case Error Assessment for Fault-Tolerant Quantum Computing: Fidelity and Its Deviation
• Title（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピューティングにおける最悪のエラー評価:忠実度とその偏差
• Authors: Kyoungho Cho, Ilkwon Sohn, Yongsoo Hwang, Jeongho Bang,
• Abstract要約: 我々は、状態依存のフィデリティが入力状態間でどれだけ強く変動するかを定量化する、観測可能な共振器(フィデリティ偏差を疑うもの)を導入する。 2つ以上のキュービット上のコヒーレントな(ユニタリな)ゲート誤差に対して、忠実度偏差とともにゲート忠実度がエラーユニタリの関連するスペクトルモーメントを制約していることが示される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Gate fidelity -- an average fidelity over all possible input states -- is the workhorse metric for benchmarking quantum gates or circuits, yet fault-tolerant quantum computing ultimately depends on the worst-case behavior, typically quantifiable by so-called the diamond distance. In the low-error regime, the coherent errors can inflate the worst-case error even when the reported gate fidelity is high, making the gate fidelity alone an unreliable proxy for fault-tolerance readiness. To capture the missing information, we introduce a companion observable -- what we dub the fidelity deviation -- that quantifies how strongly the state-dependent fidelities fluctuate across input states. Adopting such fluctuations in assessing the fault-tolerance is physically natural because some input directions are nearly unaffected while others form narrow "valleys" that dominate adversarial circuit behavior. For coherent (unitary) gate errors on two or more qubits, we show that the gate fidelity together with the fidelity deviation constrains the relevant spectral moments of the error unitary, enabling an explicit and tight certificate of the worst-case error. Both quantities are estimated directly from the same randomized input-measurement experiment, without full process tomography. We show that the fidelity and its deviation can provide an economical, operationally meaningful, and accurate standard for assessing the fault tolerance of the engineered quantum gates and circuits.
• Abstract（参考訳）: すべての入力状態の平均忠実度であるゲート忠実度は、量子ゲートや回路のベンチマークのためのワークホースメトリックであるが、フォールトトレラントな量子コンピューティングは、究極的には最悪のケースの振る舞いに依存し、一般にダイヤモンド距離によって定量化される。 低エラー状態においては、報告されたゲート忠実度が高い場合でも、コヒーレントエラーが最悪のケースエラーを増大させ、ゲート忠実度のみがフォールトトレランスの再現性に対する信頼性の低いプロキシとなる。 不足した情報をキャプチャするために、入力状態間で状態依存のフィデリティがどれほど強く変動するかを定量化する、共用可観測器(フィデリティ偏差を疑うもの)を導入します。 このような耐故障性評価の揺らぎを採用することは、いくつかの入力方向がほとんど影響を受けないのに対して、他は対向回路の挙動を支配する狭い「バレー」を形成するため、物理的に自然である。 2つ以上のキュービット上のコヒーレントな(ユニタリな)ゲート誤差に対して、フィリティ偏差とともにゲート忠実度がエラーユニタリの関連するスペクトルモーメントを制約し、最悪のケースエラーの明示的かつ厳密な証明を可能にすることを示す。 どちらの量も、フルプロセストモグラフィーを使わずに、同じランダム化入力測定実験から直接推定される。 本研究では, 設計した量子ゲートおよび回路の耐故障性を評価するための, 経済的, 運用上意義があり, 正確な基準を提供することができることを示す。

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