論文の概要: From Circuits to Hardware: Benchmarking Standard and Qubit-Efficient Quantum Optimization on Real Hardware
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.11637v1
- Date: Mon, 13 Jul 2026 14:53:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-14 17:47:21.515202
- Title: From Circuits to Hardware: Benchmarking Standard and Qubit-Efficient Quantum Optimization on Real Hardware
- Title（参考訳）: 回路からハードウェアへ:実ハードウェア上でのベンチマーク標準と量子効率最適化
- Abstract要約: 4つのNPハード問題に対するゲートベース量子最適化のベンチマークを行った。
VQE,CVaR-VQE,標準,マルチ角,ウォームスタートQAOA,および量子ビット効率PCEおよびQRAOについて検討した。
247個のメソッド-インスタンスの組み合わせで、トランスパイル回路サイズ、ハードウェア結果、および独立エラーゲート数フィデリティプロキシを報告した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.652509571098291
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Despite rapid progress in quantum optimization, broad real-hardware benchmarks comparing multiple algorithmic families across diverse combinatorial problems under a common protocol remain limited. We benchmark gate-based quantum optimization on four NP-hard problems: multi-dimensional knapsack (MDKP), maximum independent set (MIS), quadratic assignment (QAP), and market-share (MSP). We study VQE, CVaR-VQE, standard, multi-angle, and warm-start QAOA, together with qubit-efficient PCE and QRAO, on IBM Heron r1/r2 processors using resilience-level-2 mitigation. To our knowledge, this includes the first real-hardware QRAO results and the first multi-problem PCE hardware benchmark. Across 247 method-instance combinations, we report transpiled circuit size, hardware outcomes, and an independent-error gate-count fidelity proxy, $F_{\mathrm{est}}$. For MDKP and MIS, an empirical operating point near $F_{\mathrm{est}}\approx 0.1$, corresponding to about 770 two-qubit gates at the median Heron-r2 CZ error rate, marks the onset of noise-dominated execution. QAP exposes a separate bottleneck: dense one-hot encodings and an exponentially sparse feasible manifold, with feasible fraction $10!/2^{100}$ at $n=10$; no tested hardware method produces a feasible assignment. Compiled QAOA-family circuits are generally noise dominated, and a matched uniform-random control shows that most feasible low-fidelity outcomes fall within the random range, apart from one finite-sample MIS warm-start exception. A SWAP-aware, fractional-gate, Nighthawk-topology compilation counterfactual reduces two-qubit counts but leaves all circuits below $F_{\mathrm{est}}=10^{-3}$. These conclusions apply to the tested implementations rather than QAOA in general. Qubit-efficient methods extend runnable instance sizes, but only within the empirical fidelity budget.
- Abstract（参考訳）: 量子最適化の急速な進歩にもかかわらず、幅広い実ハードウェアベンチマークでは、共通のプロトコルの下で様々な組合せ問題にまたがる複数のアルゴリズムファミリを比較している。
多次元クナップサック(MDKP)、最大独立集合(MIS)、二次代入(QAP)、市場シェア(MSP)の4つのNPハード問題に対するゲートベース量子最適化のベンチマークを行った。
VQE,CVaR-VQE,標準,マルチ角,ウォームスタートQAOA,および量子ビット効率PCEおよびQRAOをIBM Heron r1/r2プロセッサ上でレジリエンスレベル2の緩和効果を用いて検討した。
私たちの知る限り、これは最初のリアルタイムQRAO結果と、最初のマルチプロブレムPCEハードウェアベンチマークを含んでいる。
247のメソッド-インスタンスの組み合わせで、回路サイズ、ハードウェア結果、および独立エラーゲート数フィデリティプロキシである$F_{\mathrm{est}}$を報告します。
MDKP と MIS では、Heron-r2 CZ エラー率の中央で約770個の2量子ビットゲートに対応する$F_{\mathrm{est}}\approx 0.1$ に近い経験的動作点がノイズ支配実行の開始を示す。
QAPは、密集したワンホットエンコーディングと、指数関数的にスパース可能なフィジブル多様体の10ドル分という、別のボトルネックを露呈する。
/2^{100}$ at $n=10$; テスト可能なハードウェアメソッドは存在しない。
コンパイルされたQAOAファミリー回路は一般にノイズが支配されており、一致した一様ランダム制御は、有限サンプルMISウォームスタート例外を除いて、ほとんどの実現可能な低忠実度結果がランダム範囲内にあることを示す。
SWAP対応、分数ゲート、ナイトホークトポロジーコンパイルは2ビットのカウントを減少させるが、全ての回路を$F_{\mathrm{est}}=10^{-3}$以下にする。
これらの結論は、一般にQAOAよりもテスト実装に当てはまる。
ビット効率の手法は実行可能なインスタンスサイズを拡張しますが、経験的忠実度予算の範囲内でのみです。
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