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Shaded lightcones (SLC)

Two copies of the same brickwork circuit ending in a measurement. On the left, a conventional lightcone is uniformly shaded yellow. On the right, a shaded lightcone fades from yellow to transparent according to how much each gate matters to the measured observable.

qiskit-addon-slcは、量子回路に対するオブザーバブルのシェーデッド・ライトコーン（SLC）[1]を計算するためのパッケージです。確率的エラーキャンセレーション（PEC）において、シェーデッド・ライトコーンは従来の二値ライトコーンに似ており、ライトコーンの外側のエラーを緩和しないことで分散（つまりサンプリングコスト）を削減できます。ライトコーンのシェーディングにより、因果的ライトコーン内のパウリエラー生成子にスケールを割り当てることで、この戦略をさらに推し進められます。より小さなスケールが割り当てられたエラーはオブザーバブルへの影響が小さく、それらをノイズモデルから切り捨てると、ある程度のバイアスと引き換えに分散（つまりサンプリングコスト）を削減できます。qiskit-addon-slcパッケージにより、ユーザーはライトコーンのシェーディングを行い、サンプリングコストとバイアスのトレードオフを制御できます。

はじめに​

このパッケージをすばやく使い始めるための簡単なガイドは、クイックスタートガイドにあります。

ユースケースの例​

この手法は、IBM Heronプロセッサ上の56量子ビットによる演算子ロシュミット・エコー実験で、確率的エラーキャンセレーション（PEC）のサンプリングコストを下げるために使用されました。[2]。

技術的な議論​

手法の概要​

シェーデッド・ライトコーンは、5つのステップで計算され、使用されます。

  1. 回路の終わりにおけるオブザーバブルに対する各パウリエラー項の影響の上界を計算する（順方向の上界）

  2. 回路の始まりにおける初期状態に対する各パウリエラー項の影響の上界を計算する（逆方向の上界）

A three-qubit circuit with four unitary layers and a grid of error terms E1 to E12 between them. Error term E8 is highlighted. One arrow from E8 back to the initial state rho is labeled backward bound, and another arrow from E8 to the final observable A is labeled forward bound.

  1. 順方向/逆方向の上界と項のエラー率を使って、各パウリエラー項のバイアスへの寄与を近似する

Two 3-by-4 grids of numbered error terms, one shaded by backward bound and one by forward bound. Arrows from both point to a third grid labeled partition and merge, which combines the two sets of bounds and highlights term 8.

  1. エラー率と上界に基づいてエラー項に優先順位を付ける。ユーザーが指定したバイアス許容度に達するまで、オブザーバブルの期待値への影響が最も小さい項をノイズモデルから切り捨てる。あるいは、ユーザーが指定したサンプリングコストの予算を満たすまで、最も影響の大きいエラー項をノイズモデルに追加することもできる。

A row of numbered error terms sorted from most to least impactful, starting with term 8 and ending with terms 1, 2, 10 and 12. The last five terms, shaded darkest, are separated from the rest and labeled truncate.

  1. 切り捨てられたノイズモデルを緩和する。Qiskit Runtimeのディレクテッド実行モデルを使用すると、PECのサンプリング中に無視するエラー項を簡単に指定できます。詳細はチュートリアルを参照してください。

The prioritized list of retained error terms, 8, 11, 7, 5, 6, 3 and 4, with an arrow pointing to a three-qubit circuit. Each retained term appears in the circuit as an inverse noise gate, labeled lambda inverse, between the unitary layers.

ソフトウェアの機能​

既知の問題​

  • Windowsはサポートされていません

  • InjectNoise(site=”before”)はサポートされていません

  • きめ細かな上界のマージはサポートされていません

今後の作業​

  • 順方向の上界を計算するための、Rustによる固有値計算の高速化

コントリビューション​

ソースコードはGitHub上で公開されています。

開発者ガイドは、このプロジェクトのリポジトリのルートにあるCONTRIBUTING.mdにあります。参加するにあたっては、Qiskitの行動規範を守っていただくことになります。

リクエストやバグの追跡には、GitHub issuesを使用しています。

このパッケージの引用​

研究でこのパッケージを使用する場合は、このプロジェクトのリポジトリにあるCITATION.bibファイルを使用して、適切な参考文献を引用してください。

ライセンス​

Apache License 2.0

非推奨ポリシー​

私たちはセマンティックバージョニングに従っています。ユーザーエクスペリエンスを向上させるために、破壊的変更を行うことがあります。可能な場合は、新しいインターフェースと共存できる限り、古いインターフェースを残し、非推奨としてマークします。実質的な改善、破壊的変更、非推奨はすべて、リリースノートに記載されます。

コントリビューション​

ソースコードはGitHub上で公開されています。

開発者ガイドはCONTRIBUTING.mdにあります。参加するにあたっては、Qiskitの行動規範を守っていただくことになります。

リクエストやバグの追跡には、GitHub issuesを使用しています。

参考文献​

  1. Andrew Eddins, et al., Lightcone shading for classically accelerated quantum error mitigation, arXiv:2409.04401v1 [quant-ph].

  2. Samantha V. Barron, et al., Observable Estimation in the Absence of Classical Verification, arXiv:2607.25998 [quant-ph].

出典: IBM Quantumドキュメント — 更新日 2026年11月6日
doQumentation の 英語版 — 更新日 2026年11月6日
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