論文の概要: Efficient Fidelity Estimation of General Quantum Resource States via Clifford Circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.05222v1
- Date: Sun, 04 Oct 2026 13:42:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-10 22:30:54.335741
- Title: Efficient Fidelity Estimation of General Quantum Resource States via Clifford Circuits
- Title（参考訳）: クリフォード回路による一般量子資源状態の効率的な忠実度推定
- Abstract要約: 本稿では, クリフォードゲートとパウリ測定のみを用いて, 最適なサンプル量$()$のベルコヒーレンス忠実度推定(BCFE)を導入する。
BCFEは任意の純粋なターゲット(おそらくはマルチキュービット)に適用でき、単一コピーコヒーレンス部の統計的誤差が明示的に制御される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.3083504598202733
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Fidelity estimation is a fundamental tool for assessing quantum resource states across quantum information science. For small infidelity $ε$, tomography and direct fidelity estimation (DFE) have worst-case sample complexity $O(1/ε^2)$ at fixed relative accuracy and confidence. Direct target projections achieve $O(1/ε)$ but generally require non-Clifford operations whose reliability depends on the resource states that are typically the target of benchmarking. Here, we introduce the Bell--coherence fidelity estimation (BCFE) with optimal sample complexity $Θ(1/ε)$ using only Clifford gates and Pauli measurements. We prove that BCFE is applicable to arbitrary pure targets, possibly multi-qubit, with the statistical error of the single-copy coherence part explicitly controlled. To evaluate BCFE in a practical setting, we apply BCFE to analog rotation resource states in the candidate early-FTQC architecture called the Space-Time Efficient Analog Rotations (STAR) architecture. In the simulations using surface codes, BCFE is estimated to require up to approximately $27$ times fewer resource states than DFE for the same standard error in the infidelity estimate, while its estimates remain close to reference values despite circuit-level noise in the additional Bell measurement operations. These results support efficient resource benchmarking within fault-tolerant quantum computing.
- Abstract（参考訳）: 忠実度推定は、量子情報科学における量子リソース状態を評価するための基本的なツールである。
微小不忠実$ε$の場合、トモグラフィーと直接忠実度推定(DFE)は、固定された相対精度と信頼性で、最悪のサンプル複雑性$O(1/ε^2)$を持つ。
直接ターゲットプロジェクションは$O(1/ε)$に達するが、一般的にはベンチマークの対象であるリソース状態に依存する非クリフォード演算を必要とする。
ここでは, クリフォードゲートとパウリ測定のみを用いて, 最適なサンプル複雑性を$1/ε$とするベルコヒーレンス忠実度推定(BCFE)を導入する。
単一コピーコヒーレンス部の統計的誤差を明示的に制御することで、BCFEが任意の純粋ターゲット(おそらくはマルチキュービット)に適用可能であることを証明した。
実運用環境でのBCFEの評価には,スペース・タイム・エフィシエント・アナログ・ローテーション(STAR)アーキテクチャと呼ばれる早期FTQCアーキテクチャのアナログ回転資源状態に適用する。
表面符号を用いたシミュレーションでは、BCFEは不忠実度推定において同じ標準誤差に対してDFEよりも最大で27ドル少ないリソース状態を必要とすると推定されている。
これらの結果は、フォールトトレラント量子コンピューティングにおける効率的なリソースベンチマークをサポートする。
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