論文の概要: Folding-Free Zero-Noise Extrapolation by Layout-induced Noise Diversity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.13949v1
• Date: Sat, 14 Mar 2026 13:54:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-17 16:19:35.503579
• Title: Folding-Free Zero-Noise Extrapolation by Layout-induced Noise Diversity
• Title（参考訳）: レイアウトによるノイズの多様性によるフリーゼロノイズ外挿
• Authors: Debarthi Pal, Yogesh Simmhan,
• Abstract要約: ゼロノイズ外挿法(ゼロノイズ外挿法、ZNE)は、厳密な誤差境界に欠ける、広く使われているがバイアスのある誤差緩和法である。 本稿ではFolding Free Zero Noise Extrapolation (FF-ZNE)を導入する。 133キュービットのIBM量子デバイスの実験では、FF-ZNEは6%と4.5%の偏差で緩和された期待値を得ることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.1941554288428193
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Near term quantum processors operate in a noise dominated regime, motivating error mitigation techniques that recover accurate expectation values without full fault tolerance. Zero Noise Extrapolation (ZNE) is a widely used but biased error mitigation method that lacks rigorous error bounds. Its effective application requires nontrivial technical choices, most notably the selection of noise scaling factors and extrapolation models, making ZNE sensitive to user expertise and often necessitating costly trial and error procedures. Here, we introduce Folding Free Zero Noise Extrapolation (FF-ZNE), a method that removes the need for noise factor selection by achieving effective noise amplification without circuit folding. FF-ZNE exploits isomorphic hardware layouts with distinct native noise profiles, such that executing a fixed circuit across these layouts induces controllable variations in the effective noise strength. Under a depolarizing noise model, we analytically show that the resulting extrapolation admits a fixed linear form, eliminating extrapolator choice and enabling a seamless, user independent mitigation procedure. We further propose two algorithms that identify sets of isomorphic hardware layouts on which a given circuit yields sufficiently distinct expectation values to enable reliable zero noise extrapolation. Experiments on a 133 qubit IBM Quantum device demonstrate that FF-ZNE yields mitigated expectation values with average deviations of ~6% and 4.5% for up to 50 qubit EfficientSU2 (sparse) and Hamiltonian simulation (dense) circuits, respectively. The method is thus scalable and applicable to a broad range of circuits. By eliminating noise factor and extrapolator selection, FF-ZNE transforms zero noise extrapolation from a technique requiring expert tuning into a practical, scalable, and broadly accessible error mitigation method for current quantum hardware.
• Abstract（参考訳）: 短期量子プロセッサはノイズに支配的な体制で動作し、完全なフォールトトレランスを伴わない正確な期待値を回復するエラー軽減手法を動機付けている。 ゼロノイズ外挿法(ゼロノイズ外挿法、ZNE)は、厳密な誤差境界に欠ける、広く使われているがバイアスのある誤差緩和法である。 その効果的な応用には非自明な技術的選択が必要であり、特にノイズスケーリング要因と補間モデルの選択が重要であり、ZNEはユーザの専門知識に敏感であり、しばしば高価な試行錯誤手順を必要とする。 本稿では,回路の折り畳みを伴わずに効果的な雑音増幅を実現することにより,ノイズ要因の選択の必要性を解消するFolding Free Zero Noise Extrapolation (FF-ZNE)を紹介する。 FF-ZNEは、異なるネイティブノイズプロファイルを持つ同型ハードウェアレイアウトを利用するため、これらのレイアウトをまたいだ固定回路の実行は、有効なノイズ強度の制御可能なバリエーションを誘導する。 偏極雑音モデルの下では、結果として生じる外挿は固定された線形形式を許容し、外挿器の選択を排除し、シームレスでユーザに依存しない緩和手順を可能にすることを解析的に示す。 さらに、所定の回路が十分な期待値を出力し、信頼性の高いゼロノイズ外挿を可能にする同型ハードウェアレイアウトの集合を同定する2つのアルゴリズムを提案する。 133量子ビットのIBM量子デバイスでの実験では、FF-ZNEは平均偏差が6%、最大50量子ビット効率SU2(sparse)とハミルトンシミュレーション(dense)回路で4.5%の緩和期待値が得られることを示した。 したがって、この方法はスケーラブルであり、幅広い回路に適用できる。 FF-ZNEはノイズ係数と外挿器の選択をなくすことによって、ゼロノイズ外挿を、専門家のチューニングを必要とする技術から、現在の量子ハードウェアのための実用的でスケーラブルで広くアクセス可能なエラー軽減方法へと変換する。

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