論文の概要: A Multi-Level Integrity Evaluation Framework for Quantum Circuits under Controlled Anomaly Injection
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.26430v1
- Date: Wed, 29 Apr 2026 08:39:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-30 15:59:36.318043
- Title: A Multi-Level Integrity Evaluation Framework for Quantum Circuits under Controlled Anomaly Injection
- Title（参考訳）: 制御された異常注入下における量子回路のマルチレベル積分性評価フレームワーク
- Authors: Ejaz Ahmed, Boshuai Ye, Syed Hamza Shah, Muhammad Azeem Akbar, Arif Ali Khan,
- Abstract要約: 本研究は, 回路整合性に関する構造的, 相互作用的, 行動的視点の関係について検討する。
我々は、構造積分スコア(SIS)、操作積分スコア(OIS)、相互作用グラフ意味論理スコア(IGS)を組み合わせた3層計量フレームワークを使用する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3493299331667081
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Ensuring the integrity of quantum circuits is a significant challenge in the Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) era, where circuits are subject to compilation transformations, hardware constraints, and potential adversarial modifications. Existing validation approaches typically rely on either structural analysis or behavioral evaluation, leading to incomplete assessment of circuit correctness. In this work, we investigate the relationship between structural, interaction-level, and behavioral perspectives of circuit integrity, demonstrating that a single aspect of integrity is insufficient to guarantee circuit integrity; structural similarity alone does not ensure behavioral equivalence. To address this problem, we use a three-layer metric framework that combines the Structural Integrity Score (SIS), the Operational Integrity Score (OIS), and the Interaction Graph Semantic-Logical Score (IGS). SIS captures global structural properties, OIS quantifies behavioral divergence using Jensen-Shannon distance, and IGS models interaction patterns and dependencies in a pre-execution setting. Through controlled anomaly injection on benchmark quantum circuits, we demonstrate that each metric captures a different aspect of circuit deviation. In particular, structural blind-spot cases (SIS >= 0.95) reveal a clear limitation of structural analysis, where OIS detects anomalies in 93.85% of instances, while IGS detects 72.58%. These results highlight that the metrics provide complementary insights and that a single metric is insufficient for reliable circuit validation.
- Abstract（参考訳）: 量子回路の整合性を確保することは、回路がコンパイル変換、ハードウェアの制約、潜在的な敵の修正を受けるノイズイ中間量子(NISQ)時代において重要な課題である。
既存の検証手法は通常、構造解析または行動評価のいずれかに依存しており、回路の正確性の不完全な評価に繋がる。
本研究では, 回路整合性に関する構造的, 相互作用的, 行動的視点の関係を考察し, 整合性の一面が回路整合性を保証するには不十分であることを示す。
この問題に対処するために、構造積分スコア(SIS)、操作積分スコア(OIS)、相互作用グラフセマンティック論理スコア(IGS)を組み合わせた3層計量フレームワークを用いる。
SISはグローバルな構造特性を捉え、OISはJensen-Shannon距離を用いて振る舞いのばらつきを定量化し、IGSは事前実行環境で相互作用パターンと依存性をモデル化する。
ベンチマーク量子回路上での制御された異常注入により、各メートル法が回路偏差の異なる側面を捉えていることを示す。
特に、構造失明症例(SIS >= 0.95)は、OISが93.85%のインスタンスで異常を検知し、IGSが72.58%を検知する構造解析の明確な限界を示す。
これらの結果は、測定値が相補的な洞察を与え、信頼性の高い回路検証に1つの測定値が不十分であることを示している。
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