論文の概要: Metrological Benchmarking of Random Quantum Circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.39226v1
• Date: Wed, 30 Sep 2026 08:02:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-01 18:57:27.420141
• Title: Metrological Benchmarking of Random Quantum Circuits
• Title（参考訳）: ランダム量子回路のメトロロジカルベンチマーク
• Abstract要約: 量子フィッシャー情報(QFI)を特徴とする制御摂動に対する応答に基づくベンチマークを提案する。 ノイズの多い実装に対しては、大域的ホワイトノイズモデルにおけるノイズと理想QFIの正確な関係を導出する。 これらのプロトコルは、理想的な出力確率を計算せずにノイズの多いランダム量子回路のメトロジーベンチマークを可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.1909808926064466
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Random circuit sampling is a leading approach to demonstrating quantum computational advantage, but benchmarking noisy implementations through linear cross-entropy requires costly calculations of ideal output probabilities. We propose a metrological benchmark based on the response to controlled perturbations, characterized by quantum Fisher information (QFI). A relation between QFI and out-of-time-order correlators enables protocols with local or global control. For Haar-random circuits, the average QFI approaches its maximal value in the local protocol and grows linearly with the number of qubits under collective control. In contrast, Clifford circuits yield zero QFI despite extensive operator spreading, showing that the response probes dynamical properties beyond spreading alone. A butterfly protocol further uses system size to enhance sensitivity, yielding a mean inverse sensitivity proportional to the number of qubits with single-qubit readout. Its fluctuations distinguish the Haar and Clifford ensembles despite their identical mean responses. For noisy implementations, we derive an exact relation between the noisy and ideal QFI within a global white-noise model, providing a quantitative reference for the degradation of the benchmark. These protocols enable metrological benchmarking of noisy random quantum circuits without computing ideal output probabilities.
• Abstract（参考訳）: ランダム回路サンプリングは、量子計算上の優位性を示す主要なアプローチであるが、線形クロスエントロピーによるノイズの多い実装のベンチマークには、理想的な出力確率の高価な計算が必要である。 本稿では,制御された摂動に対する応答に基づいて,量子フィッシャー情報(QFI)を特徴とするメロジカルベンチマークを提案する。 QFIとOut-of-time-order correlatorの関係は、ローカルまたはグローバルな制御を持つプロトコルを可能にする。 Haar-random回路の場合、平均QFIはローカルプロトコルの最大値に近づき、集団制御下の量子ビット数とともに線形に成長する。 対照的にクリフォード回路は、広い演算子拡散にもかかわらず、QFIをゼロとし、応答は単独で拡散する以上の動的性質をプローブすることを示した。 バタフライプロトコルはさらにシステムサイズを利用して感度を高め、単一キュービットの読み出し数に比例する平均逆感度を与える。 その変動は、同じ平均応答にもかかわらず、ハールとクリフォードのアンサンブルを区別する。 ノイズの多い実装では、大域的ホワイトノイズモデルにおけるノイズと理想QFIの正確な関係を導出し、ベンチマークの劣化の定量的基準を提供する。 これらのプロトコルは、理想的な出力確率を計算せずにノイズの多いランダム量子回路のメトロジーベンチマークを可能にする。

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