論文の概要: Large-Scale Quantum Circuit Simulation on an Exascale System for QPU Benchmarking

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.26423v1
• Date: Wed, 29 Apr 2026 08:32:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-30 15:59:36.316084
• Title: Large-Scale Quantum Circuit Simulation on an Exascale System for QPU Benchmarking
• Title（参考訳）: QPUベンチマークのための大規模量子回路シミュレーション
• Authors: J. A. Montanez-Barrera, Kristel Michielsen,
• Abstract要約: ノイズは、量子プロセッサから抽出できる有用な情報の量を制限し続けている。 我々は、リニアランプ量子近似アルゴリズム(LR-QAOA)を用いて98量子ビットトラップイオン量子処理ユニットであるQuantinuum Helios-1をベンチマークした。 ヨーロッパ初のエクサスケールスーパーコンピュータであるJUPITERでは,最大48量子ビットと3,3842量子ゲートの回路に対して,大規模ノイズレスシミュレーションを行う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2578242050187029
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Recent advances in quantum computing have enabled the development of quantum processors with hundreds of qubits. However, noise continues to limit the amount of useful information that can be extracted from these systems, making it essential to identify the regime in which experimental outputs remain reliable. In this work, we benchmark Quantinuum Helios-1, a 98-qubit trapped-ion quantum processing unit, using the linear ramp quantum approximate optimization algorithm (LR-QAOA). To this end, we perform large-scale noiseless simulations on JUPITER, Europe's first exascale supercomputer, for circuits of up to 48 qubits and 3,384 two-qubit gates. These simulations, executed on 4,096 nodes equipped with 16,384 GH200 superchips and high-bandwidth CPU-GPU interconnects, provide a reference for validating experimental results at the edge of classical tractability. We find that, up to 48 qubits, Helios-1 remains in a noise-tolerant region, i.e., its samples cannot be clearly distinguished from those coming from a noiseless simulation. We then extend the analysis to larger system sizes using experimental data only, and apply a mean-of-means resampling procedure with a 3$σ$ threshold to determine whether the QPU output is statistically distinguishable from random sampling. This analysis identifies a regime of coherent performance up to 93 qubits (12,834 two-qubit gates), beyond which, at 95 qubits, the outputs become statistically indistinguishable from random sampling. These results demonstrate how exascale classical simulation can be used to validate quantum processors, and provide a quantitative boundary between noise-tolerant and random regimes in quantum processors.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングの最近の進歩は、数百量子ビットの量子プロセッサの開発を可能にした。 しかし、ノイズはこれらのシステムから抽出できる有用な情報の量を制限し続けており、実験的な出力が信頼性を維持している状態を特定することが不可欠である。 本研究では,98量子ビットトラップイオン量子処理ユニットであるQuantinuum Helios-1を線形ランプ量子近似アルゴリズム(LR-QAOA)を用いてベンチマークした。 この目的のために、ヨーロッパ初のエクサスケールスーパーコンピュータであるJUPITERにおいて、48量子ビットと3,3842量子ビットゲートの回路に対して、大規模なノイズレスシミュレーションを行う。 これらのシミュレーションは、16,384 GH200スーパーチップと高帯域CPU-GPUインターコネクトを備えた4,096ノードで実行され、古典的トラクタビリティの端で実験結果を検証するための基準を提供する。 我々は、48量子ビットまでのHelios-1が耐雑音性のある領域に留まっていること、すなわち、そのサンプルがノイズのないシミュレーションから来るものと明確に区別できないことを発見した。 次に、実験データのみを用いて、より大規模なシステムサイズに解析を拡張し、3$σ$閾値の平均値再サンプリング手法を適用し、QPU出力がランダムサンプリングと統計的に区別可能であるかどうかを判定する。 この分析により、93キュービット(12,834個の2キュービットゲート)までのコヒーレントな性能が決定され、95キュービット以上の出力はランダムサンプリングと統計的に区別できない。 これらの結果は、量子プロセッサの検証や、量子プロセッサの耐雑音性とランダムな状態の間の定量的な境界を提供するために、エクサスケールな古典シミュレーションをどのように利用できるかを示す。

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