論文の概要: Experimental Observation of Error-Resilience Phase Transition on Superconducting Quantum Processor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.38148v1
- Date: Wed, 28 Oct 2026 01:31:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-11-03 18:47:20.651493
- Title: Experimental Observation of Error-Resilience Phase Transition on Superconducting Quantum Processor
- Title（参考訳）: 超伝導量子プロセッサにおける誤差抵抗相転移の実験的観察
- Abstract要約: ノイズの多いランダム符号化/復号回路モデルにおける位相遷移を記述する。
移行は、符号化された情報が復元可能なエラー保護相と、符号化された情報が失われるエラー回避相との間で行われる。
我々は,IBM の ibm_pittsburgh Heron r3 デバイス上で行った,この遷移の初めての実験的観察を行った。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Random unitaries scramble quantum information into highly nonlocal degrees of freedom, thereby providing protection from local noise. However, as demonstrated by Turkeshi and Sierant (Phys. Rev. Lett. 132, 140401, 2024 and arXiv:2603.00235), this protection may fail once local noise grows sufficiently strong. These works describe a phase transition in a noisy random encoding-decoding circuit model between an error-protecting phase, in which encoded information is recoverable, and an error-vulnerable phase, in which encoded information is lost, with the transition occurring at a critical coherent noise angle $α_c \approx 1.14$. Here, we present the first experimental observation of this transition, conducted on IBM's ibm_pittsburgh Heron r3 device for system sizes of up to $N = 26$ qubits. We detect this transition via three order parameters: fidelity, Rényi-2 entanglement entropy, and stabilizer Rényi-2 entropy. For the latter two, we employ randomized measurement protocols to construct estimators, and for all three, we rely on zero-noise extrapolation and M3 SPAM error mitigation. We then jointly model the finite-size scaling collapse across all three order parameters with a Gaussian process regression, yielding a critical angle $α_c \approx 1.01$, well below the theoretical value. Inputting noiseless simulated data into the same model yields $α_c \approx 1.05$, implying that the discrepancy between experiment and theory is due to our encoding circuits, which are not deep enough to be truly Haar-random. Finally, we observe that the same model cannot adequately identify critical behavior in unmitigated, raw experimental data. This indicates that error mitigation techniques are crucial for detecting the transition on hardware.
- Abstract（参考訳）: ランダムユニタリは、量子情報を高度に非局所的な自由度にスクランブルすることで、局所的なノイズから保護する。
しかし、トゥルテシとシリアント(Phys. Lett. 132, 140401, 2024 and arXiv:2603.00235)が示したように、この保護は局所的な騒音が十分に強くなったら失敗する可能性がある。
これらの研究は、符号化された情報が復元可能なエラー保護相と、符号化された情報が失われるエラーハザード可能な相と、臨界コヒーレントノイズ角$α_c \approx 1.14$で発生する遷移の間のノイズの多いランダムな符号化復号回路モデルにおける位相遷移を記述する。
ここでは,IBM の ibm_pittsburgh Heron r3 デバイス上で,最大で N = 26$ qubits のシステムサイズで実施された,この遷移の初めての実験的観察について述べる。
我々は、この遷移を3つの順序パラメータ(フィデリティ、レニイ2エントロピー、安定化器レニイ2エントロピー)で検出する。
後者の2つでは、ランダム化計測プロトコルを用いて推定器を構築し、3つすべてにおいて、ゼロノイズ外挿とM3 SPAM誤差軽減に頼っている。
次に、ガウス過程回帰(英語版)を用いて3つの順序パラメータの有限サイズのスケーリング崩壊を共同でモデル化し、理論値よりかなり低い臨界角度を$α_c \approx 1.01$とする。
ノイズのないシミュレーションデータを同じモデルに入力すると、$α_c \approx 1.05$となり、実験と理論の相違は、真のハールランダムになるほど深くない符号化回路によるものであることを示唆する。
最後に、同じモデルでは、未成熟の生実験データにおいて、重要な振る舞いを適切に識別できないことを観察する。
このことは、ハードウェアの遷移を検出するためにエラー軽減技術が重要であることを示している。
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