論文の概要: Efficient quantum state preparation on Quantinuum hardware
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.08414v1
- Date: Tue, 08 Sep 2026 08:23:15 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-11 16:35:15.878089
- Title: Efficient quantum state preparation on Quantinuum hardware
- Title（参考訳）: 量子ハードウェアの効率的な量子状態生成
- Abstract要約: 我々は、資源効率のよい量子状態準備と、短期量子ハードウェア上での高速で堅牢な忠実性検証を組み合わせたエンドツーエンドのフレームワークを実証した。
我々は,量子H2-1トラップイオンプラットフォーム上で,F_mathrmhw = 0.929$という高いハードウェア忠実度を達成した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.8774791521019765
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Preparation and verification of specific quantum states is an important capability for quantum devices to realise advantages over classical computations and algorithms. In this work, we have demonstrated an end-to-end framework that combines resource-efficient quantum state preparation with rapid, robust fidelity verification on near-term quantum hardware. By experimentally preparing and validating a structured complex quantum state encoding a digitized acoustic signal on the Quantinuum H2-1 trapped-ion platform, we achieved a high hardware fidelity of $F_{\mathrm{hw}} = 0.929$. Crucially, this milestone was realized without relying on idealized assumptions or deep fault-tolerant overhead, but rather through resource-minimal circuits optimized for NISQ-era and early fault-tolerant devices. Furthermore, we addressed a key limitation in current quantum state certification. While validation methods like shadow overlap work well for random states, their sample complexity can become prohibitively high for the structured states used in practical algorithms. We mitigate this by introducing a pre-measurement basis-change technique that reduces the verification parameter, $τ$, by over 10 orders of magnitude for structured targets. This approach tightens the theoretical certification guarantees of the shadow overlap method and integrates tensor-network preparation and shadow validation into a unified workflow. These results shift the paradigm of how structured classical data can be mapped to and verified on quantum hardware under realistic noise and measurement budgets. By compressing a robust verification procedure to just 1,000 measurement shots, this framework offers an immediate, scalable benchmarking standard.
- Abstract（参考訳）: 量子状態の生成と検証は、量子デバイスが古典的な計算やアルゴリズムよりも優位性を実現する重要な能力である。
本研究では,資源効率の高い量子状態生成と,短期量子ハードウェア上での高速で堅牢な忠実度検証を組み合わせたエンドツーエンドのフレームワークを実証した。
The Quantinuum H2-1 trap-ion platform, we achieve a high hardware fidelity of $F_{\mathrm{hw}} = 0.929$。
重要なことに、このマイルストーンは理想化された仮定や深いフォールトトレラントオーバーヘッドに頼ることなく実現された。
さらに、現在の量子状態認証における重要な制限に対処した。
シャドウオーバーラップのような検証手法はランダムな状態ではうまく機能するが、実際のアルゴリズムで使用される構造化状態の場合、そのサンプルの複雑さは違法に高い。
提案手法では, 予測パラメータを10桁以上削減する事前測定ベースチェンジ手法を導入することにより, この問題を緩和する。
提案手法は,シャドーオーバーラップ方式の理論的保証を厳格化するとともに,テンソルネットワークの準備とシャドー検証を統合ワークフローに統合する。
これらの結果は、現実的なノイズと測定予算の下で、構造化された古典的なデータが量子ハードウェア上でどのようにマッピングされ、検証されるかというパラダイムを変える。
このフレームワークは、堅牢な検証手順をわずか1,000の計測ショットに圧縮することで、即時かつスケーラブルなベンチマーク標準を提供する。
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