通过物理约束模型改进零噪声外推
零噪声外推法(ZNE)通过放大噪声水平获得的测量值进行外推,以估计无噪声期望值,从而缓解近期量子设备中的误差。实践中常用的外推模型在拟合时未施加物理约束,可能导致预测超出量子观测量的有效范围。该工作通过显式参数化零噪声估计值并在优化过程中施加约束,提出了多项式、指数及多项式-指数外推模型的物理有界变体。研究人员利用包含18万条电路及约360万次ZNE实验的大规模合成基准进行评估,这些数据基于从IBM量子后端提取的真实设备噪声模型生成。同时使用GHZ态和W态电路在实际量子硬件上进行了初步验证。 在合成基准测试中,有界外推显著减少了非物理预测,提升了指数族和多项式-指数族模型的稳定性,而多项式模型的有界与无界变体差异较小。硬件实验显示出相似的定性行为:有界模型通常能避免病态外推,并在精度与可用覆盖率之间提供更可靠的平衡。实验结果同时揭示了当前设备的实际局限性,包括强于预期的噪声效应及仿真模型未能完全捕捉的变异性。这些结果表明,在外推过程中施加物理约束可提升ZNE的可靠性,且该方法只需最小修改即可融入现有工作流程。

