无折叠零噪声外推法:基于版图诱导的噪声多样性

近期量子处理器在噪声主导环境下运行,这促使人们开发无需完全容错即可获取精确期望值的误差缓解技术。零噪声外推法(ZNE)作为广泛使用但存在偏差的误差缓解方法,其缺乏严格的误差界限。该方法实际应用时涉及多项关键技术选择——尤其是噪声缩放因子和外推模型的选取——这使得ZNE效果高度依赖用户经验,往往需要耗费大量试错成本。本研究提出的免折叠零噪声外推法(FF-ZNE)通过无电路折叠实现有效噪声放大,从而规避了噪声因子选择难题。该技术利用具有不同原生噪声特征的异构硬件布局,使得固定电路在不同布局上执行时能产生可控的有效噪声强度变化。在去极化噪声模型下,我们通过理论分析证明其外推过程具有固定线性形式,不仅消除了外推器选择需求,更实现了无需用户干预的自动化缓解流程。我们进一步提出两种算法,用于识别能使给定电路产生足够显著期望值差异的异构硬件布局集合,从而确保可靠的零噪声外推。在133量子比特IBM量子设备上的实验表明,FF-ZNE对50量子比特规模的EfficientSU2(稀疏)和哈密顿模拟(密集)电路分别实现了~6%和4.5%平均偏差的缓解后期望值。该方法具有可扩展性,适用于广泛电路类型。通过消除噪声因子和外推器选择环节,FF-ZNE将零噪声外推从需要专家调参的技术转化为适用于当前量子硬件的实用化、可扩展且易推广的误差缓解方案。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-03-14 13:54

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