Wigners Freund als Schaltkreis: Benchmarking von Kommunikationszeugen zwischen Zweigen auf supraleitender Quantenhardware

Wigner's Friend as a Circuit: Inter-Branch Communication Witness Benchmarks on Superconducting Quantum Hardware

January 22, 2026

papers.authors: Christopher Altman

cs.AI

papers.abstract

Wir implementieren und benchmarken auf IBM-Quantenhardware die von Violaris vorgeschlagene Schaltkreis-Familie zur Schätzung operationeller Inter-Branch-Kommunikationswitnesse, definiert als Korrelationen in klassischen Messdaten, die durch kompilierte Wigner’s-Friend-artige Schaltkreise erzeugt werden. Wir realisieren eine Fünf-Qubit-Instanz des Protokolls als Nachrichtentransfermuster zwischen Registern innerhalb eines einzelnen Schaltkreises anstelle von physischer Signalübertragung und bewerten sein Verhalten unter realistischen Geräterauschen und Kompilierungseinschränkungen. Der Schaltkreis kodiert eine verzweigungsbedingte Evolution eines Beobachtersubsystems, dessen Dynamik von einem Kontrollqubit abhängt, gefolgt von einer kontrollierten Transferoperation, die Korrelationen zwischen konditionalen Messkontexten abtastet. Bei der Ausführung auf dem ibm_fez-Backend mit 20000 Shots beobachten wir eine populationsbasierte Sichtbarkeit von 0,877, Kohärenzwitnesse von 0,840 und -0,811 entlang orthogonaler Achsen und eine phasenempfindliche Magnitude von etwa 1,17. Während die Sichtbarkeitsmetrik unempfindlich gegenüber bestimmten Klassen von Dephasierung ist, bieten die Kohärenzwitnesse eine komplementäre Empfindlichkeit gegenüber nichtdiagonalem Rauschen. Diese Arbeit testet oder diskriminiert nicht zwischen Interpretationen der Quantenmechanik. Stattdessen stellt sie eine reproduzierbare Pipeline operationeller Constraints zur Bewertung der Nachweisbarkeit nicht-idealer Kanäle relativ zu kalibriertem Geräterauschen bereit.

English

We implement and benchmark on IBM Quantum hardware the circuit family proposed by Violaris for estimating operational inter-branch communication witnesses, defined as correlations in classical measurement records produced by compiled Wigner's-friend-style circuits. We realize a five-qubit instance of the protocol as an inter-register message-transfer pattern within a single circuit, rather than physical signaling, and evaluate its behavior under realistic device noise and compilation constraints. The circuit encodes branch-conditioned evolution of an observer subsystem whose dynamics depend on a control qubit, followed by a controlled transfer operation that probes correlations between conditional measurement contexts. Executing on the ibm_fez backend with 20000 shots, we observe population-based visibility of 0.877, coherence witnesses of 0.840 and -0.811 along orthogonal axes, and a phase-sensitive magnitude of approximately 1.17. While the visibility metric is insensitive to some classes of dephasing, the coherence witnesses provide complementary sensitivity to off-diagonal noise. This work does not test or discriminate among interpretations of quantum mechanics. Instead, it provides a reproducible operational constraint pipeline for evaluating detectability of non-ideal channels relative to calibrated device noise.