論文の概要: Resource-Optimal Importance Sampling for Randomized Quantum Algorithms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.13495v1
• Date: Fri, 13 Mar 2026 18:17:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-17 16:19:35.241008
• Title: Resource-Optimal Importance Sampling for Randomized Quantum Algorithms
• Title（参考訳）: ランダム化量子アルゴリズムにおける資源最適重要度サンプリング
• Authors: Davide Cugini, Touheed Anwar Atif, Yigit Subasi,
• Abstract要約: 本稿では,古典的重要度サンプリングをランダム化量子プロトコルに適用するための一般的なフレームワークを提案する。 量子回路を動作させるためのコスト関数を考えると、提案手法はネットコストのメリットを最小化する。 我々は、このフレームワークを、アルゴリズム近似や物理ノイズから生じる誤差を量子計算が対象とするシナリオに拡張する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.797867929356259
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Randomized protocols are procedures that incorporate probabilistic choices during their execution and they play a central role in quantum algorithms, spanning Hamiltonian simulation, noise mitigation, and measurement tasks. In practical implementations, the dominant cost of such protocols typically arises from circuit execution and measurement, and depends on hardware-specific resources such as gate counts, circuit depth, runtime, or dissipated energy. We introduce a general framework for applying classical importance sampling to randomized quantum protocols. Given a cost function for running quantum circuits, the proposed approach minimizes a net-cost figure of merit that jointly captures the computational expense per circuit and the estimator variance. We further extend the framework to scenarios where the quantum computation is subject to errors arising either from algorithmic approximations or from physical noise, proving that importance sampling preserves estimator bias despite altering the sampling distribution, and to settings with error-detection schemes, where we characterize the resulting changes in the optimal sampling strategy and achievable net-cost reduction. Representative applications include the Qdrift protocol, dephasing channels, mixed-states simulation, composite observables estimation, classical shadows, and probabilistic error cancellation. Overall, our results establish a principled approach for reducing the computational resources required by randomized quantum protocols through classical sampling optimization.
• Abstract（参考訳）: ランダム化されたプロトコルは実行中に確率的選択を組み込むプロシージャであり、ハミルトンシミュレーション、ノイズ緩和、測定タスクにまたがる量子アルゴリズムにおいて中心的な役割を果たす。 実際の実装では、そのようなプロトコルの主なコストは一般に回路の実行と測定から発生し、ゲート数、回路深さ、実行時、消散エネルギーなどのハードウェア固有のリソースに依存する。 本稿では,古典的重要度サンプリングをランダム化量子プロトコルに適用するための一般的なフレームワークを提案する。 量子回路を動作させるためのコスト関数が与えられた場合、提案手法は、回路当たりの計算コストと推定値の分散を共同でキャプチャするネットコストのメリットの数値を最小化する。 さらに、このフレームワークは、アルゴリズム近似または物理ノイズから生じる誤差を対象とし、サンプリング分布の変更にもかかわらず、重要サンプリングが推定器バイアスを保存することを証明し、エラー検出スキームを用いて、最適サンプリング戦略および達成可能なネットコスト削減における結果の変化を特徴付けるように拡張する。 代表的な応用としては、Qdriftプロトコル、デフォーカスチャネル、混合状態シミュレーション、複合可観測値推定、古典的シャドウ、確率的エラーキャンセルなどがある。 全体として,古典的なサンプリング最適化により,ランダム化量子プロトコルが必要とする計算資源を削減するための原理的手法を確立した。

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