論文の概要: When More Becomes Less: Topology-Reversed Three-Qubit Gate Performance on IBM Quantum Processors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.21004v1
• Date: Fri, 21 Aug 2026 11:48:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-24 14:49:32.518154
• Title: When More Becomes Less: Topology-Reversed Three-Qubit Gate Performance on IBM Quantum Processors
• Title（参考訳）: IBMの量子プロセッサ上でのトポロジが逆転する3量子ゲート性能
• Abstract要約: より抽象的な2ビットゲートを持つ回路は、正確な分解の物理的実装がより優れていることを示す。 我々は、これらの回路を156量子ビットのIBM Quantum Heronプロセッサのサンプリングされた3重回路上で、textttibm_fezと textttibm_kingstonと比較する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The exact Toffoli gate admits a six-CX decomposition, denoted by $CCX_6$, that is optimal under unrestricted two-qubit connectivity. On a linear three-qubit topology, however, $CCX_6$ contains 4 nearest-neighbor CX gates and 2 non-nearest-neighbor CX gates. By contrast, an alternative exact decomposition, denoted by $CCX_8$, uses only 8 nearest-neighbor CX gates. Because CCX is locally equivalent to CCZ, we perform the experiments using the corresponding $\cczs$ and $\cczl$ circuits. We compare these circuits on sampled linear triples of the 156-qubit IBM Quantum Heron processors \texttt{ibm\_fez} and \texttt{ibm\_kingston}. Under the compilation protocol, the nominal $\cczs$ circuit becomes a twelve-CZ implementation, whereas the linear-nearest-neighbor circuit retains eight native CZ gates. Experimentally measured ensemble-feature-selection estimates favor the eight-CZ realization on nearly all retained triples. We test the same ordering by preparing a three-qubit hypergraph state, which probes the coherent conditional phase rather than only computational-basis populations. The measured hypergraph-state infidelity is lower for the $\cczl$ circuit for most triples on both processors. Phase-altered interleaved randomized benchmarking provides a complementary comparison of Clifford surrogates preserving the two compiled entangling structures. Within the scope of the tested circuits and phase-sensitive input state, the results demonstrate that hardware connectivity can reverse the operational ranking of exact decompositions: a circuit with more abstract two-qubit gates can yield the better physical implementation.
• Abstract（参考訳）: 正確なトフォリゲートは、制限のない2ビット接続で最適である$CCX_6$で示される6-CX分解を許容する。 しかし、線形3量子トポロジーでは、$CCX_6$は4つの最も近い隣のCXゲートと2つの非隣のCXゲートを含んでいる。 対照的に、CCX_8$と表記される別の正確な分解では、隣り合う8つのCXゲートしか使用していない。 CCXは局所的にCCZと同値であるため、対応する$\cczs$と$\cczl$回路を用いて実験を行う。 我々は、これらの回路を、156量子ビットのIBM Quantum Heron プロセッサ \texttt{ibm\_fez} と \texttt{ibm\_kingston} のサンプリングされた線形三重項上で比較する。 コンパイルプロトコルでは、名目$\cczs$回路は12CZの実装となり、リニアアレスト近傍回路は8つのネイティブCZゲートを保持する。 実験によって測定されたアンサンブル-フィーチャー-セレクション推定は、ほぼ全ての残留三重項に対する8-CZの実現を好んだ。 我々は3ビットハイパーグラフ状態を作成し、計算基底数だけでなくコヒーレントな条件相を探索することによって、同じ順序付けをテストする。 測定されたハイパーグラフ状態の不整合は、両方のプロセッサのほとんどのトリプルに対して$\cczl$回路に対して低い。 位相変換されたインターリーブ付きランダム化ベンチマークは、2つのコンパイルされたエンタングリング構造を保存するクリフォードサロゲートを補完的に比較する。 テスト回路と位相感受性入力状態の範囲内では、ハードウェア接続が正確な分解の操作的ランキングを逆転させることができることが示され、より抽象的な2量子ゲートを持つ回路はより優れた物理実装をもたらす。

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