論文の概要: Accurate ground state energy estimation with noise and imperfect state preparation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.21873v1
• Date: Mon, 23 Mar 2026 12:04:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-24 19:11:39.651457
• Title: Accurate ground state energy estimation with noise and imperfect state preparation
• Title（参考訳）: 騒音と不完全な状態準備による正確な地盤エネルギー推定
• Authors: Alicja Dutkiewicz, Thomas E. O'Brien, Stefano Polla,
• Abstract要約: 量子位相推定データの後処理のための古典的推定器を提案する。 提案手法は,公約領域外の付加位相と大域的非分極雑音の両方の存在下で頑健であることを示す。 複数の固有値と現実雑音の両方が存在する場合のモーメント投影推定器のロバスト性は、初期のフォールトトレラント量子実験において限られた深さの位相推定を実用的なものにしている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.005587571498826265
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We introduce a classical estimator for the post-processing of quantum phase estimation data generated either by quantum-Fourier-transform-based or quantum-signal-processing-based methods. We focus on the estimation of a single target phase promised to be within an interval where no other phases are present, which is typical of e.g. ground state energy estimation of gapped quantum systems. This allows us to perform phase estimation by filtering the signal within the promise region and recovering the phase through a moment-projection estimator. We show that our methods are robust in the presence of both additional phases outside the promise region and global depolarizing noise. In the noiseless case our estimator can achieve an exponential suppression of bias with respect to a naive mean estimator. In the presence of global depolarizing noise our estimator achieves a bias exponentially small in the circuit depth $t$ at fixed circuit fidelity $F$, and a variance proportional to $t^{-2}$, improving by a factor of $t^2$ over the naive shifted-and-rescaled-mean approach. To mitigate realistic circuit-level noise, we combine our method with the explicit unbiasing scheme described in [Dutkiewicz et al., 2025]. As an illustrative example, we implement these estimators on a small-scale simulation of the Ising model, validating our theoretical results and finding better-than-expected performance for a global depolarizing noise approximation. The robustness of the moment-projection estimator in the presence of both multiple eigenvalues and realistic noise makes phase estimation with limited depth practical for early fault tolerant quantum experiments.
• Abstract（参考訳）: 本稿では、量子フーリエ変換法または量子信号処理法により生成された量子位相推定データの後処理に関する古典的推定手法を提案する。 本稿では,ギャップ量子系の基底状態エネルギー推定の典型例である,他の位相が存在しない区間内に存在することを約束する単一目標位相の推定に焦点をあてる。 これにより、約束領域内の信号をフィルタリングし、モーメント投影推定器を介して位相を復元することで位相推定を行うことができる。 提案手法は,公約領域外の付加位相と大域的非分極雑音の両方の存在下で頑健であることを示す。 ノイズレスの場合、我々の推定器は、単純平均推定器に対する偏りの指数的な抑制を達成できる。 大域的偏極雑音の存在下では、我々の推定器は、固定回路の忠実度$F$の回路深さ$t$と$t^{-2}$の分散に比例して指数関数的に小さな回路深さ$t$を達成し、単純なシフト・アンド・リスケール・平均的アプローチよりも$t^2$の係数で改善する。 現実的な回路レベルのノイズを軽減するため,本手法を[Dutkiewicz et al , 2025]に記述した明示的アンバイアス方式と組み合わせた。 実例として、Isingモデルの小規模シミュレーションにこれらの推定器を実装し、理論結果を検証し、大域的偏極雑音近似の予測性能を向上する。 複数の固有値と現実雑音の両方が存在する場合のモーメント投影推定器のロバスト性は、初期のフォールトトレラント量子実験において限られた深さの位相推定を実用的なものにしている。

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