論文の概要: Quantum Noise Mitigation with Adaptive Zero-Noise Extrapolation: A Contextual Multi-Armed Bandits Approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.06426v1
- Date: Wed, 05 Aug 2026 19:07:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-10 16:21:25.245419
- Title: Quantum Noise Mitigation with Adaptive Zero-Noise Extrapolation: A Contextual Multi-Armed Bandits Approach
- Title（参考訳）: 適応型ゼロノイズ外挿による量子ノイズ除去:コンテキスト多要素帯域アプローチ
- Abstract要約: 変分量子回路(VQC)は、短期量子コンピューティングの中心であるが、その実用的な展開はノイズによって著しく妨げられている。
我々の研究は、ゼロノイズ外挿(ZNE)とコンテキスト型マルチアームバンディット(CMAB)を統合した、VQCの適応雑音軽減フレームワークを導入している。
固定フォルダZNEとは異なり、ZNEの精度を改善し、量子回路の実行を減らすためにオンライン適応を用いる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.98664000532717
- License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
- Abstract: Variational quantum circuits (VQCs) are central to near-term quantum computing, yet their practical deployment is severely hindered by noise. While existing error mitigation methods, such as zero-noise extrapolation (ZNE), typically assume static noise, real noisy intermediate-scale quantum (NISQ) systems exhibit dynamic, time-varying noise that remains largely unaddressed. To overcome this critical gap, our work introduces a novel adaptive noise mitigation framework for VQCs that integrates ZNE with contextual multi-armed bandits (CMAB), enabling dynamic, context-aware selection of circuit-folding levels based on ansatz parameters (e.g., depth, parameter count) and the evolving noise environment. Unlike fixed-fold or heuristic ZNE, our approach uses online adaptation to improve the accuracy of ZNE and reduce redundant quantum circuit executions. Our extensive simulations and experiments on real quantum hardware reveal the following important properties: (i) deeper VQCs accumulate noise, degrading accuracy and increasing the number of quantum circuit executions; (ii) ZNE restores estimator fidelity when the folding level is chosen appropriately; and (iii) CMAB-guided folding cuts quantum circuit execution round trips by up to 40\%, bytes exchanged by up to 35\%, and end-to-end cost by up to 30\% under a 10~Mbps budget, with up to 6.9\% higher estimator fidelity (CIFAR-10, depth 3, noise band $η=0.05$), versus fixed-fold and grid-search ZNE. These results demonstrate substantial performance gains over existing noise mitigation methods, underscoring the effectiveness of our design in supporting robust noise mitigation for VQCs. The source code is also publicly released to support reproducibility.
- Abstract（参考訳）: 変分量子回路(VQC)は、短期量子コンピューティングの中心であるが、その実用的な展開はノイズによって著しく妨げられている。
ゼロノイズ外挿(ZNE)のような既存の誤差緩和法は、通常静的ノイズを仮定するが、実雑音の中間スケール量子(NISQ)系は、ほとんど未適応のままの動的、時間変化のノイズを示す。
この限界を克服するため,本稿では,ZNEとコンテキスト型マルチアームバンディット(CMAB)を統合したVQCの適応雑音低減フレームワークを導入し,アンザッツパラメータ(例えば,深さ,パラメータ数)と進化する雑音環境に基づいて,回路折り畳みレベルを動的かつコンテキスト対応に選択する手法を提案する。
固定フォルダやヒューリスティックなZNEとは異なり、我々の手法はオンライン適応を用いてZNEの精度を改善し、冗長な量子回路の実行を減らす。
実量子ハードウェアに関する我々の広範なシミュレーションと実験は、以下の重要な特性を明らかにしている。
(i)より深いVQCはノイズを蓄積し、精度を低下させ、量子回路の実行数を増大させる。
(ii)ZNEは、折り畳みレベルが適切に選択されたときに推定器の忠実度を復元し、
3 CMAB誘導折り畳みは、固定折り畳み及びグリッド探索ZNEに対して、最大40\%、最大35\%、最大30\%の10〜Mbpsの予算で量子回路実行ラウンドトリップを削減し、最大6.9\%高い推定器フィデリティ(CIFAR-10、深さ3、ノイズバンド$η=0.05$)を得る。
これらの結果から,VQCに対するロバストノイズ低減支援における設計の有効性を実証し,既存のノイズ低減手法よりも優れた性能を示した。
再現性をサポートするために、ソースコードも公開されている。
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