論文の概要: Structure-Preserving Quantum Circuit Architectures for Robot Kinematics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.16089v1
- Date: Mon, 14 Sep 2026 11:20:14 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-16 14:56:08.149992
- Title: Structure-Preserving Quantum Circuit Architectures for Robot Kinematics
- Title（参考訳）: ロボットキネマティクスのための構造保存量子回路アーキテクチャ
- Abstract要約: この研究は、剛体変換のための量子表現と回路アーキテクチャを導入する。
Denavit--Hartenberg の直列開鎖マニピュレータのキネマティクスに特化している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.745457425154995
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Structured spatial data require quantum encodings that preserve geometric relations, expose measurable observables, and remain implementable on finite-depth hardware. This work introduces a quantum representation and circuit architecture for rigid-body transformations and specializes it to Denavit--Hartenberg kinematics of serial open-chain manipulators. Each translational contribution is factorized into a classical metric magnitude and a signed unit direction encoded by a single-qubit Bloch vector, while parameterized rotations reproduce the ordered propagation of frame directions. A selector register prepares probabilities proportional to the contribution magnitudes, and the reduced state of a designated readout qubit encodes their normalized weighted sum. The retained classical scale then reconstructs the metric end-effector position. Two additional readout qubits encode terminal-frame axes, providing a compact and geometrically interpretable pose interface. At the ideal expectation-value level, measured Pauli observables reproduce the corresponding classical kinematic quantities. Alternative circuit architectures realize the same representation with different tradeoffs in qubit count, circuit depth, controlled operations, and measurement requirements. Validation on a serial manipulator yields numerically negligible position and orientation reconstruction errors under ideal simulation. Finite-shot simulations, noisy executions, transpilation analysis, and a hardware demonstration further characterize statistical error, noise sensitivity, and implementation overhead without asserting computational advantage.
- Abstract（参考訳）: 構造化された空間データは、幾何学的関係を保存し、測定可能な可観測物を公開し、有限深度ハードウェア上で実装可能な量子符号化を必要とする。
この研究は、剛体変換のための量子表現と回路アーキテクチャを導入し、それを直列開鎖マニピュレータのデナヴィト-ハルテンベルクキネマティクスに特殊化する。
各変換寄与は古典的メートル法と1キュービットのブロッホベクトルで符号化された符号付き単位方向に分解され、パラメータ化された回転はフレーム方向の順序付けられた伝播を再現する。
セレクタレジスタは、寄与度に比例した確率を作成し、指定された読み出しキュービットの減少状態は、正規化された重み付け和を符号化する。
保持された古典的スケールは、メートル法端エフェクターの位置を再構成する。
2つの読み出しキュービットが終端軸を符号化し、コンパクトで幾何学的に解釈可能なポーズインタフェースを提供する。
理想的な期待値レベルでは、測定されたパウリ観測可能量は対応する古典的キネマティック量を再現する。
代替回路アーキテクチャは、キュービット数、回路深さ、制御操作、測定要求で異なるトレードオフを持つ同じ表現を実現する。
シリアルマニピュレータの検証は、理想的なシミュレーションの下で数値的に無視可能な位置と方位再構成誤差をもたらす。
有限ショットシミュレーション、ノイズ発生、トランスパイレーション解析、ハードウェアデモは、計算上の優位性を主張することなく、統計的エラー、ノイズ感度、実装オーバーヘッドを更に特徴付ける。
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