論文の概要: Quantum computational advantage in random-circuit sampling on IBM superconducting quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.28657v1
- Date: Wed, 23 Sep 2026 18:03:38 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-25 21:10:09.47137
- Title: Quantum computational advantage in random-circuit sampling on IBM superconducting quantum computers
- Title（参考訳）: IBM超伝導量子コンピュータにおけるランダム回路サンプリングにおける量子計算の利点
- Abstract要約: これは、商用かつ広くアクセス可能な量子プロセッサ上でのバニラランダム回路サンプリングの量子優位性の最初の実証である。
我々の知る限り、これは商用かつ広くアクセス可能な量子プロセッサ上でのバニラランダム回路サンプリングの量子優位性の最初の実証である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.11761971063628
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We report forward random-circuit sampling (RCS) on the 120-qubit Nighthawk r2 superconducting processor (\textit{ibm\_phoenix}) with square-lattice connectivity, using 61 qubits, native CZ gates, and the standard cloud execution stack with no benchmark-specific calibration. Two independent fidelity estimators---mirror benchmarking and three- and four-patch cross-entropy benchmarking (XEB)---agree with each other at every measured depth, the mirror from 4 to 40 cycles and the patched estimators from 20 to 40 cycles, across more than two orders of magnitude of fidelity decay, and exceed the first-generation Nighthawk r1 device by more than an order of magnitude at fixed depth. The 36-cycle circuits sit at the depth where tensor-network contraction cost saturates at system size: a contraction-cost estimator validated against the published Sycamore and Zuchongzhi networks places the single-amplitude cost at $\sim$$10^{22}$ complex operations. At $F_{\mathrm{XEB}}(36)=2.3\times10^{-3}$ under favorable memory assumptions this implies $1.2\times10^{27}$ machine operations within the bounded-fidelity rejection-sampling model --- more than a century of runtime on the Frontier supercomputer --- to collect a $10^{6}$-sample ensemble, which takes only 19\,s on Nighthawk r2. To our knowledge, this is the first demonstration of quantum advantage for a vanilla random-circuit sampling on a commercially and broadly accessible quantum processor that most non-expert quantum computer users can easily replicate.
- Abstract（参考訳）: 61キュービット,ネイティブCZゲート,ベンチマーク固有のキャリブレーションのない標準的なクラウド実行スタックを用いて,120キュービットのNighthawk r2超伝導プロセッサ(\textit{ibm\_phoenix})の前方ランダム回路サンプリング(RCS)について報告する。
ミラー・ベンチマークと3-および4-パッチ・クロスエントロピー・ベンチマーク(XEB)の2つの独立したフィデリティ推定器は、測定深度毎の計測値、20から40サイクルのミラーとパッチされた推定器を2桁以上のフィデリティ減衰量で比較し、第1世代のナイトホーク r1 デバイスを一定深度で1桁以上上回る。
36サイクルの回路は、テンソル・ネットワークの収縮コストがシステムサイズで飽和する深さにある: 出版されているSycamoreとZuchongzhiのネットワークに対して検証された収縮コスト推定器は、単振幅コストを$$\sim$10^{22}$の複雑な演算に設定する。
F_{\mathrm{XEB}}(36)=2.3\times10^{-3}$ 好ましいメモリ仮定の下では、これは1.2\times10^{27}$ 境界のフィデリティのリジェクションサンプリングモデル内のマシン操作を意味する。
我々の知る限りでは、これはバニラランダム回路サンプリングを商業的で広くアクセス可能な量子プロセッサ上で行う量子優位性の最初の実演であり、ほとんどの非熟練の量子コンピュータユーザーが容易に複製できる。
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