論文の概要: Sampling Noise and Optimized Measurement Distribution in Imaginary-Time Quantum Dynamics Simulations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.20378v1
• Date: Tue, 19 May 2026 18:27:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-21 19:19:56.320418
• Title: Sampling Noise and Optimized Measurement Distribution in Imaginary-Time Quantum Dynamics Simulations
• Title（参考訳）: Imaginary-Time Quantum Dynamics Simulationにおけるサンプリングノイズと最適測定分布
• Authors: Feng Zhang, Niladri Gomes, Joshua Aftergood, Thomas Iadecola, Yong-Xin Yao, Peter P. Orth,
• Abstract要約: 変分量子力学シミュレーション(VQDS)は、量子デバイス上の実時間および虚時間量子力学をシミュレートする有望な経路を提供する。 1次元イジングスピンモデルにおいて,サンプリングノイズがVQDSに与える影響について検討する。 最適化されたショットアロケーションは、状態の忠実度を大幅に改善し、全測定コストを削減できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.676179866627893
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Variational quantum dynamics simulations (VQDS) provide a promising route to simulate real- and imaginary-time quantum dynamics on noisy intermediate-scale quantum devices using fixed-depth circuits. However, their practical performance is strongly limited by sampling noise arising from a finite number of circuit measurements. In this work, we systematically investigate the impact of sampling noise on VQDS, with a focus on ground-state preparation in one-dimensional Ising spin models using imaginary time evolution. We compare different regularization strategies for stabilizing the equations of motion and show that Tikhonov regularization provides robust performance in noisy imaginary-time evolution. We then benchmark measurement-distribution strategies that allocate shots by minimizing a cost function that characterizes the error in solving the equation of motion. Using noisy circuit simulations, we demonstrate that such optimized shot allocation can significantly improve state fidelity and reduce the total measurement cost by more than a factor of two compared to uniform shot distributions. We observe that the best results are found if a sufficiently large number of measurements is guaranteed for all circuits, suggesting that a finite fraction of shots should be distributed evenly. Our results provide practical guidelines for implementing measurement-efficient variational quantum dynamics and ground-state preparation on near-term quantum hardware.
• Abstract（参考訳）: 変分量子力学シミュレーション(VQDS)は、固定深度回路を用いて雑音の多い中間スケール量子デバイス上での実時間および想像時間量子力学をシミュレートする有望な経路を提供する。 しかし、その実用性能は、有限個の回路測定から生じるサンプリングノイズによって強く制限されている。 本研究では,VQDSにおけるサンプリングノイズの影響を,一次元イジングスピンモデルにおける基底状態生成に焦点をあてて系統的に検討する。 動きの方程式を安定化するための異なる正則化戦略を比較し、Tikhonov正則化がノイズのある想像時間進化において堅牢な性能を提供することを示す。 次に, 動きの方程式を解く際の誤差を特徴付けるコスト関数を最小化することにより, ショットを割り当てる計測分布戦略のベンチマークを行う。 ノイズ回路シミュレーションを用いて、このような最適化されたショットアロケーションは、均一なショット分布と比較して、状態の忠実度を大幅に改善し、全測定コストを2倍以上削減できることを示した。 また,全回路に対して十分に多数の測定値が保証されている場合,最もよい結果が得られ,有限ショットを均等に分配することが示唆された。 本研究は, 測定効率のよい量子力学の実践的ガイドラインと, 短期量子ハードウェア上での基底状態の準備について述べる。

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