論文の概要: Entanglement entropy and magic of ZX-diagrams

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.12447v1
• Date: Thu, 08 Oct 2026 17:58:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-10 02:36:54.261794
• Title: Entanglement entropy and magic of ZX-diagrams
• Title（参考訳）: ZXダイアグラムのエンタングルメントエントロピーとマジック
• Abstract要約: エンタングルメントとマジックの両方をZXダイアグラムから直接効率的に推定できることを示す。 我々はこれらの手法をランダムなユニタリ回路とモニタ回路でベンチマークし、トロッター化ハミルトン進化とクリフォード層を組み合わせた回路を試作した。 この結果は,ZX-ダイアグラムの絡み合いと非安定化性のスケーラブルなプローブを提供し,ZX-計算と量子多体資源特性の橋渡しを行う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Entanglement and non-stabilizerness are complementary resources underlying the complexity of quantum states, yet extracting either quantity from large quantum circuits generally requires exponentially scaling resources. In diagrammatic approaches to quantum computation, such as the ZX-calculus, both quantities likewise typically require expensive tensor contractions that are not native to graphical rewriting. Here we show that both entanglement and magic can be efficiently estimated directly from ZX-diagrams. Flow enables efficient extraction of a normal form separating a potentially extensively entangled graph-state backbone from non-Clifford Pauli gadgets. This structure yields additive upper and lower bounds on bipartite entanglement entropy, which we further tighten through a preprocessing procedure that removes or merges redundant non-Clifford contributions. The same normal form gives an upper bound on logarithmic stabilizer extent. We benchmark these methods in random unitary and monitored circuits, and a circuit combining Trotterized Hamiltonian evolution with Clifford layers, finding that the resulting bounds remain informative even at large qubit numbers, circuit depths, and internal spider counts. Our results provide scalable probes of entanglement and non-stabilizerness of ZX-diagrams and establish a bridge between ZX-calculus and quantum many-body resource characterization, with applications across quantum computing, quantum information, and condensed-matter physics.
• Abstract（参考訳）: 絡み合いと非安定度は、量子状態の複雑さの根底にある相補的な資源であるが、大きな量子回路からどちらかの量を取り出すには、通常指数関数的にスケールするリソースが必要である。 ZX計算のようなダイアグラム的な量子計算のアプローチでは、どちらの量もグラフィカルな書き換えにネイティブでない高価なテンソルの収縮を必要とするのが一般的である。 ここでは、ZX-ダイアグラムから直接、絡み合いと魔法の両方を効率的に推定できることを示す。 フローは、非クリフォード・パウリのガジェットから潜在的に広く絡み合ったグラフ状態のバックボーンを分離する通常の形の効率的な抽出を可能にする。 この構造は二部体の絡み合いエントロピー上の付加的な上と下の境界を生じさせ、余剰な非クリフォード貢献を除去またはマージする前処理手順によりさらに強化する。 同じ正規形式は対数安定度の上界を与える。 我々はこれらの手法をランダムなユニタリ回路とモニタ回路でベンチマークし、トロッター化ハミルトンの進化とクリフォード層を結合した回路を用いて、結果として得られた境界が大きな量子ビット数、回路深さ、内部クモ数においても情報的であることを発見した。 本研究は,ZX-ダイアグラムの絡み合いと非安定化性に関するスケーラブルなプローブを提供し,ZX-計算と量子多体資源特性の橋渡しを行い,量子コンピューティング,量子情報,凝縮物質物理学に応用した。

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