論文の概要: Adversarial Effects on Expressibility and Trainability in Distributed Variational Quantum Algorithms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.03629v1
• Date: Tue, 05 May 2026 10:58:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-06 19:35:43.907434
• Title: Adversarial Effects on Expressibility and Trainability in Distributed Variational Quantum Algorithms
• Title（参考訳）: 分散変分量子アルゴリズムにおける表現性と訓練性に対する逆効果
• Abstract要約: 共有絡み合いの逆方向摂動は、量子学習に直接影響を及ぼす構造的ゲートレベルノイズを誘導することを示す。 解析の結果,不正解に対する最適化を体系的にバイアスしながら,Kraus表現性を操作して十分なコスト勾配を維持できることが判明した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.5469452301122173
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Distributed quantum algorithms offer a promising pathway to scale variational quantum algorithms beyond the constraints of noisy intermediate-scale quantum hardware. However, existing approaches implicitly assume a trusted entanglement-sharing layer across quantum processors. We show that this assumption introduces a fundamental vulnerability: adversarial perturbations of shared entanglement induce structured gate-level noise that directly impacts quantum learning. We develop a framework that maps entanglement-level perturbations to gate-level noise via an explicit Kraus representation. To quantify their impact, we introduce Kraus expressibility, a metric that generalizes unitary expressibility to noisy quantum channels. We then establish a trade-off between Kraus expressibility and trainability of noisy quantum circuits through gradient variance analysis. Our analysis reveals that an adversary can manipulate Kraus expressibility to maintain sufficiently large cost gradients (avoiding barren plateaus) while systematically biasing optimization toward incorrect solutions. We validate these findings through numerical simulations, demonstrating adversarial degradation of expressibility and trainability.
• Abstract（参考訳）: 分散量子アルゴリズムは、ノイズの多い中間スケール量子ハードウェアの制約を越えて変動量子アルゴリズムをスケールするための有望な経路を提供する。 しかし、既存のアプローチでは、量子プロセッサ間の信頼された絡み合い共有層を暗黙的に仮定している。 共有絡み合いの逆摂動は、量子学習に直接影響を及ぼす構造的ゲートレベルノイズを誘導する。 そこで我々は,クラウス表現を用いて,絡み合いレベルの摂動をゲートレベルの雑音にマッピングするフレームワークを開発した。 それらの影響を定量化するために、雑音のある量子チャネルに対するユニタリ表現率を一般化する計量であるクラウス表現率を導入する。 次に、勾配分散解析により、Kraus表現性と雑音量子回路のトレーニング性の間のトレードオフを確立する。 解析の結果,不正確な解に対する最適化を体系的にバイアスしながら,Kraus表現性を操作し,十分に大きなコスト勾配を維持できることが判明した。 これらの知見を数値シミュレーションにより検証し,表現性および訓練性に逆向きな劣化を示す。

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