論文の概要: Expressibility, Noise, and Error Mitigation in VQE Ansatz Selection

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.04955v1
• Date: Wed, 03 Jun 2026 14:43:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-04 20:44:18.832569
• Title: Expressibility, Noise, and Error Mitigation in VQE Ansatz Selection
• Title（参考訳）: VQEアンザッツ選択における表現性, ノイズ, 誤差低減
• Authors: Peter Annis, Abe Kassem, Evan Coleman,
• Abstract要約: ヒルベルト空間を探索する回路の能力を定量化する指標である表現可能性(Expressibility)は、アンザッツ選択のガイドとして提案されている。 この調査は、イデアル、ノイズ、ノイズ、ゼロノイズ外挿(ZNE)、エラーキャンセル(PEC)の4つの実行シナリオにおいて、$H$と$H_3+$の両方をカバーするよう拡張する。 ZNEは、12ドルH_3+$の回路のうち4つと6ドルH_3+$の回路でエラーを減らし、PECは実際に12ドルH_3+$の回路でエラーを減らしている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The variational quantum eigensolver (VQE) is a promising algorithm for near-term quantum chemistry applications, but selecting optimal ansatz circuits remains challenging. Expressibility, a metric quantifying a circuit's ability to explore the Hilbert space, has been proposed as a guide for ansatz selection, but recent work showed it inconsistently predicts VQE performance under realistic noise for $H_2$. We extend this investigation to cover both $H_2$ and $H_3^+$ under four execution scenarios: ideal, noisy, and noisy with zero-noise extrapolation (ZNE) or probabilistic error cancellation (PEC). We find that error mitigation does not reliably restore expressibility's predictive power. ZNE reduces error for only 4 of 12 $H_2$ circuits and 4 of 6 $H_3^+$ circuits, while PEC actually increases error in 11 of 12 $H_2$ circuits and all 6 $H_3^+$ circuits. We reproduce and extend Saib et al.'s key finding that circuit rankings scramble under noise (Spearman $ρ\approx -0.1$ between ideal and noisy rankings), and identify a new result: ZNE largely preserves noisy rankings ($ρ= +0.80$ for $H_2$) while PEC actively reorders them ($ρ= -0.22$). Noisy expressibility, computed from density matrix simulations, strongly predicts unmitigated performance for $H_3^+$ (Pearson $r = +0.91$, $p = 0.01$), but this metric is computationally intractable at scale. We demonstrate that zero-cost circuit topology metrics such as two-qubit gate count provide comparable or superior predictive power for PEC degradation ($r = +0.96$ for $H_3^+$), while standard expressibility best predicts noisy and ZNE performance for $H_2$ ($r = +0.74$ and $r = +0.77$).
• Abstract（参考訳）: 変分量子固有解法(VQE)は、短期量子化学応用の有望なアルゴリズムであるが、最適なアンザッツ回路を選択することは依然として難しい。 Hilbert空間を探索する回路の能力を定量化する指標であるExpressibilityは、アンザッツ選択のガイドとして提案されているが、最近の研究では、現実的な雑音下でのVQE性能を$H_2$で不整合に予測することを示した。 本研究は,ゼロノイズ外挿 (ZNE) と確率誤差キャンセル (PEC) の4つの実行シナリオにおいて,$H_2$と$H_3^+$の両方をカバーするよう拡張する。 誤差軽減は表現可能性の予測力を確実に回復させるものではない。 ZNEは12ドルH_3^+$の回路のうち4つと6ドルH_3^+$の回路でエラーを減らし、PECは実際には12ドルH_2^+$の回路と6ドルH_3^+$の回路でエラーを減らしている。 我々は、サーキットランクがノイズの下でスクランブルすること(Spearman $ρ\approx -0.1$)を再現して拡張し、新しい結果を特定する: ZNEはノイズランク(ρ=+0.80$ for $H_2$)をほとんど保存し、PECは積極的にそれらをリオーダーする(ρ=-0.22$)。 密度行列のシミュレーションから計算された雑音表現性は、$H_3^+$(ピアソン$r = +0.91$, $p = 0.01$)の未緩和性能を強く予測するが、この計量は大規模に計算可能である。 2量子ゲート数のようなゼロコスト回路トポロジメトリクスは、PEC劣化に対して同等または優れた予測力(r = +0.96$ for $H_3^+$)を提供する一方、標準表現性は、$H_2$$$r = +0.74$および$r = +0.77$)に対してノイズとZNE性能を予測する。

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