論文の概要: Practical Fidelity Estimation for Noisy Quantum Devices Using Direct and Survival-Probability-Based Protocols
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.21606v1
- Date: Thu, 15 Oct 2026 09:55:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-16 19:13:16.31045
- Title: Practical Fidelity Estimation for Noisy Quantum Devices Using Direct and Survival-Probability-Based Protocols
- Title（参考訳）: 直接および生存確率に基づくプロトコルを用いたノイズ量子デバイスの実用的忠実度推定
- Abstract要約: フルトモグラフィー再構成を回避するために,ソフトウェア指向の忠実度推定プロトコルを2つ提案する。
第1のプロトコルは直接忠実度推定(DFE)であり、重要サンプリングされたパウリ測定から目標状態と実験的に準備された状態との忠実度を推定する。
第2のプロトコルは生存確率に基づく手法であり、ノイズの進化とその近似逆の実験的にアクセス可能なモーメントからフィリティを再構築する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Reliable characterization of quantum states and quantum processes is central to the development of scalable quantum computing. Standard characterization techniques such as full quantum state tomography become rapidly impractical as system size increases. In this work we present two software-oriented fidelity estimation protocols that avoid full tomographic reconstruction while remaining experimentally relevant for noisy intermediate-scale quantum devices. The first protocol is direct fidelity estimation (DFE), where the fidelity between a target state and an experimentally prepared state is estimated from importance-sampled Pauli measurements. The second protocol is a survival-probability-based method that reconstructs fidelity from experimentally accessible moments of a noisy evolution and its approximate inverse, and is intrinsically robust against state-preparation-and-measurement (SPAM) errors. We discuss the theoretical basis of both approaches, analyze their noise sensitivity, and present numerical evidence on representative multiqubit states under depolarizing, dephasing, and amplitude-damping channels. For DFE we show that attenuation-aware correction improves robustness against measurement noise. For the survival-probability approach we show that an $L_2$-optimized expansion substantially outperforms naive Taylor truncation in high-noise regimes.
- Abstract（参考訳）: 量子状態と量子プロセスの信頼性評価は、スケーラブルな量子コンピューティングの発展の中心である。
フル量子状態トモグラフィーのような標準的なキャラクタリゼーション技術は、システムサイズが大きくなるにつれて急速に非現実的になる。
本研究では,2つのソフトウェア指向の忠実度推定プロトコルを提案する。
第1のプロトコルは直接忠実度推定(DFE)であり、重要サンプリングされたパウリ測定から目標状態と実験的に準備された状態との忠実度を推定する。
第2のプロトコルは生存確率に基づく手法であり、ノイズの進化とその近似的逆転の実験的にアクセス可能なモーメントからフィリティを再構築し、本質的には状態準備・測定(SPAM)エラーに対して堅牢である。
両手法の理論的基礎を論じ,ノイズ感度を解析し,非偏極化,デファス化,振幅減衰チャネルにおける代表的多ビット状態に関する数値的証拠を提示する。
DFEの場合、減衰認識補正は測定ノイズに対するロバスト性を向上させる。
生存確率のアプローチでは、$L_2$-optimized expansion が、高雑音状態のテイラー・トランケーションを著しく上回ることを示す。
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