論文の概要: Demonstration of Exponential Quantum Speedup with Constant-Depth Compiled Circuits for Simon's Problem

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.27457v1
• Date: Thu, 30 Apr 2026 05:52:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-01 16:31:53.94472
• Title: Demonstration of Exponential Quantum Speedup with Constant-Depth Compiled Circuits for Simon's Problem
• Title（参考訳）: シモン問題に対する定深補償回路を用いた指数量子スピードアップの実証
• Authors: Phattharaporn Singkanipa, Victor Kasatkin, Daniel A. Lidar,
• Abstract要約: 現在の超伝導量子プロセッサにおけるSimonの問題の制限ハミングウェイト版に対する指数的量子スピードアップを示す。 ハードウェア対応コンパイル戦略は、各Simonクエリ回路の量子部分を一定深さにコンパイルする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We demonstrate exponential quantum speedup for a restricted-Hamming-weight version of Simon's problem on present-day superconducting quantum processors by introducing a hardware-aware compilation strategy that compiles the quantum part of each Simon query circuit to constant depth. The resulting compiled circuits have $O(1)$ depth and linear connectivity, map directly onto common device layouts, and avoid additional routing and SWAP overhead. Implemented on IBM's $156$-qubit Boston and $120$-qubit Miami processors, the resulting circuits achieve sufficiently high fidelity to exhibit algorithmic quantum speedup without error suppression. Using the number-of-queries-to-solution metric, we observe exponential speedup over the classical lower bound across the full Hamming-weight range studied on Boston and across low-to-intermediate Hamming weights on Miami; at higher Hamming weights on Miami, we still observe polynomial speedup. The same construction also reaches a regime where the original Simon problem is recovered for the problem sizes studied. These results show that careful hardware-aware compilation can make exponential quantum speedup experimentally accessible for a canonical hidden-subgroup problem in the NISQ regime.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,シモン量子回路の量子部分を一定の深さにコンパイルするハードウェア・アウェア・コンパイル戦略を導入することにより,現在の超伝導量子プロセッサにおけるシモン問題に対する制限ハミングウェイト版に対する指数的量子スピードアップを実証する。 コンパイルされた回路は、$O(1)$の深さと線形接続を持ち、一般的なデバイスレイアウトに直接マップし、追加のルーティングとSWAPオーバーヘッドを避ける。 IBMの166ドルキュービットのBostonと120ドルキュービットのMiamiプロセッサに実装された回路は、エラーの抑制なしにアルゴリズム的な量子スピードアップを示すのに十分な高忠実さを実現している。 古典的なハミング級数に対する指数的なスピードアップは、ボストンとマイアミの低中間ハミング級数にわたって研究され、マイアミのハミング級数より高いハミング級数では、依然として多項式のスピードアップが観察されている。 同じ構造は、元のSimon問題が研究された問題サイズのために復元される体制にも達する。 これらの結果から,NISQ体制における正規隠れサブグループ問題に対して,ハードウェア対応の注意深いコンパイルにより指数的量子スピードアップを実験的に実現できることが示唆された。

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