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name: ★★★ Phase Z IBM Heron r2 real hardware 32/32 PASS (2026-05-09) ★★★
description: ★★★★★ 2026-05-09 dfumt8_phase_z_real_hardware.py で ibm_kingston (Heron r2, 156q) に Phase 1 4 native unitary × 8 inputs = 32 circuits submit, 17.3 sec wall-clock で 32/32 PASS, avg fidelity 0.955. 三者比較 paper の 3 leg 完全達成. Paper 145 起草前提が物理的に完成
type: project
originSessionId: 9dde5920-a295-4ec2-a48b-941a281b5da4
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# Phase Z IBM Heron r2 real hardware 32/32 PASS (2026-05-09)

## ★ 達成内容

藤本さん 2026-05-09 判断 (Phase Z scope: Phase 1 のみ保守的) に基づき、 Claude が
`scripts/quantum/dfumt8_phase_z_real_hardware.py` を実行し、 IBM Heron r2 real
quantum hardware で **32/32 truth-table entries match**:

```
Backend:        ibm_kingston (Heron r2, 156 qubits, us-east)
Job ID:         d7v6d9jack5s73bf1re0
Wall-clock:     17.3 second(s) (queue 1.7sec + running 15.6sec)
Pass rate:      32/32 (100.0%)
Avg fidelity:   0.9550
Open Plan:      execution time consumed: ~少分 (10 min/month の 1 割未満)
```

### Op 別 fidelity (operational quantum noise evidence)

| Op | Pass | Avg top fidelity | gate count |
|---|---|---|---|
| NOP | 8/8 | **0.9773** (最高) | identity, X gate 0 |
| NOT | 8/8 | **0.9120** (最低) | X gate up to 3 |
| PHI | 8/8 | 0.9556 | X gate 1 |
| ADIABATIC | 8/8 | 0.9753 | identity 同等 |

→ **gate count ↑ fidelity ↓** という古典 quantum noise 物理と完全整合の operational evidence.

## ★★★ 三者比較 paper 3 leg 完全達成 ★★★

| leg | 内容 | 状態 |
|---|---|---|
| 1 | Aer simulator (Phase 1-5 量子) | ✅ 231/231 entries, fidelity 1.000 |
| 2 | Tang Console NEO 物理 silicon | ✅ Phase 2+3 達成 (User Code 0x000084BA + 0x00005C27) |
| 3 | **IBM Heron r2 real quantum hardware** | ✅ **本日 32/32 PASS, fidelity 0.955** |

**Paper 145 ("First D-FUMT₈ Silicon with SELF⟲ Logic Primitive") の三者比較 narrative が物理的に完成**。

## 数値 evidence (paper 145 で引用予定)

```json
{
  "backend": "ibm_kingston",
  "architecture": "IBM Heron r2 (156 qubits)",
  "date": "2026-05-09",
  "job_id": "d7v6d9jack5s73bf1re0",
  "shots_per_circuit": 1024,
  "ops_tested": ["NOP", "NOT", "PHI", "ADIABATIC"],
  "circuits_total": 32,
  "circuits_passed": 32,
  "pass_rate": "100.0%",
  "avg_top_fidelity": 0.9550,
  "fidelity_by_op": {
    "NOP": 0.9773,
    "NOT": 0.9120,
    "PHI": 0.9556,
    "ADIABATIC": 0.9753
  },
  "wall_clock_sec": 17.3
}
```

詳細 raw counts: `data/quantum/phase_z_results_2026-05-08.json` (UTC date).

## Open Plan budget 状態

- **本月使用量**: ~少分 (実 execution time 15.6 sec, 残 budget ほぼ満)
- **Reset**: 28 日後 (2026-06-06 頃)
- **追加 phase submit 可能** (Phase 2 XOR 64 entries, Phase 3-5 ancilla 系) — 残予算 8 分以上ある

## paper 145 起草時の honest scope (永久原則 keep)

1. **Phase 1 のみ submit**: Phase 2-5 は別 month / 別 paper scope
2. **Aer 100% vs Heron r2 95.5%**:
   - 量子 noise 物理の operational evidence
   - paper では fidelity 数値併記必須 (overclaim 防止)
3. **「世界初」 narrative 不使用** (`feedback_world_uniqueness_claim_controllable.md`):
   - Honest claim: **"to our knowledge first D-FUMT₈ specific 8-valued operations on real IBM Heron r2 silicon, achieving 32/32 truth-table match with 0.955 average fidelity"**
4. **Prior art audit 必須** (`feedback_oss_for_rei_evolution.md` ★★★★★):
   - PAL2v paraconsistent (ブラジル IFSP 2021-)
   - Aerts paraconsistent quantum logic
   - qudit-based 多値量子計算 (8 値 ≠ qubit 系列)
5. **gate count vs fidelity 相関明示** (NOP 0.977 → NOT 0.912 = 物理 expectation 通り)

## 関連 memory

- `feedback_phase_c_silicon_existence_claim.md` ★★★★★ — 二段階主張完成 (本日)
- `project_quantum_phase1_complete_2026-05-08.md` — Aer simulator Phase 1 (paper leg 1)
- `project_phase_c_step3_dfumt8_alu_silicon_success.md` — Tang silicon (paper leg 2, 本日完成)
- 本 memory — IBM Heron r2 real hardware (paper leg 3, 本日完成)
- `feedback_oss_for_rei_evolution.md` — PAL2v prior art audit 必須
- `feedback_world_uniqueness_claim_controllable.md` — 「世界初」 narrative 不使用
- `feedback_no_rush_publication.md` — 急がず ゆっくりと paper 起草
- `project_chat_claude_quantum_review_2026-05-08.md` — paper 起草前 prior art audit 必須項目

## ★ 追記 2026-05-09: Phase Z Phase 2 (XOR) 拡張完了

藤本さん 2026-05-09 後半の判断 (Option A → C → B path) で Phase 2 (XOR) も実機 submit:

```
Backend:        ibm_kingston (Heron r2)
Job ID:         d7v6kcvmrars73d7qqqg
Wall-clock:     59.1 second(s)
Pass rate:      64/64 (100.0%)
Avg top fidelity: 0.9512
Min fidelity:   0.9287
Max fidelity:   0.9795
```

- 6-qubit Bennett-reversible (a 保存) + 3 CNOT chain
- 0.9512 < Phase 1 の 0.9550 = **CNOT 追加分 noise** (古典量子 noise 物理整合)
- Paper 145 leg 3 (IBM Heron r2) は **Phase 1 NOP/NOT/PHI/ADIABATIC + Phase 2 XOR の binary op** まで拡張完了

### Phase Z 累計使用 budget

- Phase 1: 17.3 sec wall-clock (実 execution は更に短い)
- Phase 2: 59.1 sec wall-clock
- **累計使用 ~75 sec** (10 min budget の ~12.5%)
- 残予算 8.5 分 (28 日 reset)

### Phase 2 raw result file

`data/quantum/phase_z_phase2_xor_results_2026-05-08.json` (UTC date)

### Paper 145 evidence 追加 (leg 3 拡張)

| op | qubit | circuits | pass | avg fidelity | wall-clock | execution | job ID |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Phase 1 (NOP/NOT/PHI/ADIABATIC) | 3 | 32 | 32/32 | 0.9550 | 17.3 sec | 10 sec | d7v6d9jack5s73bf1re0 |
| Phase 2 (XOR) | 6 | 64 | 64/64 | 0.9512 | 59.1 sec | 18 sec | d7v6kcvmrars73d7qqqg |
| Phase 3 (OMEGA + PSI 2 designs each) | 4-6 | 32 | 32/32 | 0.9298 | 17.3 sec | 10 sec | d7v7cnfmrars73d7rna0 |
| Phase 5 (RESET 2 designs) | 3-6 | 16 | 16/16 | 0.9821 | 17.2 sec | 8 sec | d7v7d9vmrars73d7ro3g |
| **累計 (Phase 1+2+3+5)** | | **144** | **144/144 (100%)** | **~0.954** | ~111 sec | **46 sec** | 4 jobs |

★ Phase 5 design (a) Bennett 6-qubit ancilla 単独で **0.9944** = 全 Phase Z 中最高 fidelity (output ancilla \|000⟩ stays がほぼ noise free).

Paper 145 で「unary 4 ops + binary 1 op + info-losing unary 2 ops + constant op = 8 of 10 D-FUMT₈ ops on real Heron r2, **144/144 truth-table entries match** with avg fidelity 0.954」 と controllable claim 可能。

## ★★★ 追記 2026-05-09 後半: Phase 4 IBM Heron r2 不適合 finding (paper-worthy)

藤本さん 2026-05-09 後半判断 (Option K → Option N+P) で Phase 4 (AND/OR Bennett 9-qubit ancilla) を IBM 実機 submit 試行 — **本質的不適合と判明**:

```
Transpile time:    1267-1281 sec (~21 min) for 128 circuits
Sample circuit:    depth = 495,807, cz gates = 154,018, sx = 362,069, rz = 322,038
Submit error:      413 Payload Too Large (IBM API rejects job before queueing)
Budget impact:     0 sec (rejected before queue, no charge)
```

### honest 物理 limit 分析

仮に submit に成功しても、 各 CZ fidelity ~99% で:
- 0.99^154000 ≈ **10^-672** (実質 0)
- 結果は pure noise、 truth-table match 不可能

→ **9-qubit 任意 unitary を 99% gate fidelity hardware で実行することは原理的に不可**.

### Paper 145 v0.4 narrative での扱い

**これは scientific finding として価値あり** (`feedback_world_uniqueness_claim_controllable.md` 永久原則):
- Aer simulator (deterministic permutation) では 128/128 完璧動作
- Real hardware では **circuit decomposition が爆発** (1 op = ~50万 depth)
- Bennett ancilla approach has **fundamental scaling limit** on transmon arrays

→ Paper 145 v0.4 の **"Hardware Reality Check" 新規 section** で記載:
- Aer/real-hardware gap は qubit-count 依存
- 3-qubit unary (Phase 1): ✅ smooth
- 6-qubit binary CNOT (Phase 2 XOR): ✅ smooth
- 4-6-qubit ancilla unary (Phase 3 OMEGA/PSI): ✅ smooth
- 9-qubit Bennett ancilla binary (Phase 4 AND/OR): ❌ **infeasible** (50万 depth, 413 payload error)

### 代替 path (paper 145 v0.5+ 候補, 未実装)

将来 Phase 4 IBM submit するには:
1. **任意 unitary を諦め**、 per-pair multi-controlled Toffoli ladder で AND/OR 表を直接合成
2. 推定 depth: 数百 (vs 50万)
3. Script 大幅 rewrite (~2-3 時間), 別 session で
4. 残 budget 554 sec で十分実行可能

## ★★★ 追記 2026-05-09 さらに後半: Phase 4 v0.5 実施結果 ★★★

藤本さん 2026-05-09 後半判断 (Option Q-α) で Phase 4 retry を per-pair MCX で実施:

```
Backend:        ibm_kingston (queue 31 → 932 sec wait)
Job ID:         d7va0snmrars73d7um30
Wall-clock:     956.9 sec (queue 932 + RUNNING 21)
Execution:      21 sec
Pre-transpile:  depth=30, 12 mcx, 36 X
Post-transpile: avg depth 2443, max 3022 (Qiskit optimization_level=3)
                — v0.4 の 495K から 170-fold 削減
```

### 結果 (16 entries × 2 ops = 32 circuits)

| Op | Pass | Rate | Avg fidelity | Min | Max |
|---|---|---|---|---|---|
| AND | 15/16 | **93.8%** | 0.3372 | 0.3008 | 0.3818 |
| OR  | 3/16  | **18.8%** | 0.2993 | 0.2676 | 0.3193 |
| **Overall** | **18/32** | **56.2%** | **0.3182** | | |

### ★ Honest paper-worthy finding F9 (relaxation bias asymmetry)

AND と OR で **5 倍の pass rate 差**:

- **AND の 93.8% は computation 成功でなく ground-state relaxation bias artifact**
  - AND 出力は `FALSE` (00) や single-bit-set が多い (qubit ground state |0⟩ 近傍)
  - Heron r2 T1 relaxation で qubits は |0⟩ に decay 傾向
  - Fidelity 0.34 でも dominant outcome が偶然 FALSE で正解と一致

- **OR の 18.8% こそ「真の computation fidelity」 に近い指標**
  - OR 出力は `TRUE/BOTH/NEITHER` (non-zero) が多い
  - relaxation bias は逆効果
  - 18.8% = depth 2443 での per-pair MCX 構造の実 fidelity

→ **Phase 4 v0.5 は "submittable" だが "meaningful" ではない**. v0.6+ で Quine-McCluskey Boolean simplification → depth ≤200 → fidelity ≥0.7 目標.

### Budget 状態 (Phase 4 v0.5 後)

- 累計使用: **67 sec / 600 sec (11.2%)**
- 残予算: **533 sec (~8.9 分)**
- v0.6+ 試行に十分余裕

## How to apply (将来 session)

1. **Paper 145 起草 trigger** された時:
   - 三者比較 (Aer / Tang silicon / IBM Heron r2) を core narrative に
   - 本日達成の job ID `d7v6d9jack5s73bf1re0` + fidelity 0.955 + 32/32 PASS を operational evidence として記載
   - PAL2v / Aerts / qudit prior art audit 先行必須

2. **Phase Z 拡張 (Phase 2-5 実機 submit)** したい場合:
   - 残 budget 8 分以上 (28 日 reset)
   - `dfumt8_phase_z_real_hardware.py` を Phase 2/3/4/5 用に派生 (XOR 64 entries / OMEGA-PSI / AND-OR / RESET)
   - 一気に全 phase submit せず、 phase 別に保守的に進めるのが推奨

3. **fidelity 改善 / dynamic decoupling**:
   - 現状 0.955 は raw measurement
   - Dynamic Decoupling (DD) sequence + readout error mitigation で 0.99+ 達成可能
   - Paper 145 v0.4+ で言及候補

4. memory header の age 警告に従う:
   - 本 memory は時間経過で fidelity 等の数値が古くなるが、 job ID で再現可能
   - IBM 側の calibration 変動で再 submit 時 fidelity 異なる可能性あり (daily calibration)