arXiv (arXiv:2608.05202) に掲載された独立したベンチマーク研究が、商用の量子エラー抑制・エラー緩和ソフトウェアスタックのプロトコルレベルの評価を提供しています。米国カトリック大学、デウスト大学、ロスアンデス大学の研究者らによって実施されたこの論文は、IBM Qiskit Runtime のネイティブプリミティブを、Qiskit Functions Catalog 内のサードパーティ製マネージドパイプライン—具体的には Q-CTRL Performance Management と Qedma QESEM—と比較しています。すべての実験は、156量子ビットのIBM Quantum Heron r3超伝導プロセッサである ibm_pittsburgh 上で実行されました。
このベンチマークは、Sampler インターフェースによるサンプリングタスク（ビットストリングカウント）と、Estimator インターフェースによる可観測量の期待値という2つの実行モデルを評価しています。同一条件での比較を保証するため、IBM と Q-CTRL の構成は一致したショット予算（215 = インスタンスあたり32,768ショット）で運用され、Qedma QESEM はネイティブの精度・時間予算インターフェース（精度目標0.1、QPU時間上限600秒）を通じて構成されました。抽象ワークロードは、同一のハードウェア較正ウィンドウ内で全プロバイダーに送信されました。
Sampler トラックでは、Bernstein–Vazirani（25〜75量子ビット）、量子位相推定（10〜30カウンティング量子ビット）、GHZ状態生成（25〜50量子ビット）、ランダム化ミラー回路（25〜100量子ビット）にわたってテストされ、Q-CTRL の自律的抑制パイプラインが全12テストケースで最高の完全一致出力成功率を達成しました。30量子ビットの量子位相推定（QPE）では、生実行および測定トワリングを施したIBM実行が32,768ショット中ゼロ件の完全一致（成功率0.00%）であったのに対し、Q-CTRL は12.69%の完全一致成功率を維持しました。100量子ビットのランダム化ミラー回路では、Q-CTRL は76.45%の完全一致100ビットターゲット文字列成功率を保持し、IBM生実行の9.14%と比較されました。
| [ Estimator トラック精度・QPUオーバーヘッドベンチマーク（TFIM 25〜75量子ビット） ] | ||
|---|---|---|
| ソフトウェアスタック構成 | MPS厳密参照に対するエラーメトリクス | エラー削減とQPUランタイム |
| IBM 生実行(SamplerV2 / EstimatorV2 レベル0) | • 磁化 MAE (mX): 0.1484• 相関子 MAE (cZZ): 0.0282• 全体 MAE: 0.0883 | • 1.00×（ベースライン）• 報告QPU時間: ジョブあたり約17.8秒 |
| IBM TREX + トワリング(レジリエンスレベル1 + ゲートトワリング) | • 磁化 MAE (mX): 0.1026• 相関子 MAE (cZZ): 0.0587• 全体 MAE: 0.0807 | • 1.09× エラー削減• 報告QPU時間: ジョブあたり約28.0〜37.8秒 |
| Q-CTRL Performance Management(自律的抑制パイプライン) | • 磁化 MAE (mX): 0.0376• 相関子 MAE (cZZ): 0.0194• 全体 MAE: 0.0285 | • 3.10× エラー削減• 報告QPU時間: ジョブあたり約28.0秒 |
| Qedma QESEM(特性評価と不偏緩和) | • 磁化 MAE (mX): 0.0278• 相関子 MAE (cZZ): 0.0097• 全体 MAE: 0.0188 | • 4.70× エラー削減• 報告QPU時間: ジョブあたり約211〜311秒 |
Estimator トラックでは、25、50、75量子ビットの8層横磁場イジングモデル（TFIM）回路で厳密な行列積状態（MPS）参照に対して評価され、Q-CTRL と Qedma QESEM は生実行と比較して総合平均絶対誤差（MAE）をそれぞれ3.10倍および4.70倍削減しました。しかし、2つのサードパーティスタックは異なるリソース・精度プロファイルを示しました。Q-CTRL はジョブあたり28秒のQPU時間（IBMベースライン実行時間に一致）でエラー削減を達成したのに対し、Qedma QESEM はジョブあたり211〜311秒のQPU時間（Q-CTRL のランタイムの7.5倍〜11.1倍）を消費して最高精度を達成しました。
研究プレプリントは arXiv（Quantum Error Management Benchmark）でこちらから、クラウドプリミティブの仕様は IBM Qiskit Runtime でこちらおよびこちらからご覧いただけます。
2026年9月23日
