論文の概要: Very low overhead fault-tolerant magic state preparation using redundant
ancilla encoding and flag qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2003.03049v1
- Date: Fri, 6 Mar 2020 06:24:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-30 09:09:02.437639
- Title: Very low overhead fault-tolerant magic state preparation using redundant
ancilla encoding and flag qubits
- Title（参考訳）: 冗長アンシラエンコーディングとフラグ量子ビットを用いた超低オーバーヘッド耐故障魔法状準備
- Authors: Christopher Chamberland and Kyungjoo Noh
- Abstract要約: 冗長アンシラ符号化と呼ばれる新しい概念を導入する。
提案手法は, 桁違いの量子ビットと時空オーバーヘッドを用いて, マジックステートを生成可能であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2891210250935146
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The overhead cost of performing universal fault-tolerant quantum computation
for large scale quantum algorithms is very high. Despite several attempts at
alternative schemes, magic state distillation remains one of the most efficient
schemes for simulating non-Clifford gates in a fault-tolerant way. However,
since magic state distillation circuits are not fault-tolerant, all Clifford
operations must be encoded in a large distance code in order to have comparable
failure rates with the magic states being distilled. In this work, we introduce
a new concept which we call redundant ancilla encoding. The latter combined
with flag qubits allows for circuits to both measure stabilizer generators of
some code, while also being able to measure global operators to
fault-tolerantly prepare magic states, all using nearest neighbor interactions.
In particular, we apply such schemes to a planar architecture of the triangular
color code family. In addition to our scheme being suitable for experimental
implementations, we show that for physical error rates near $10^{-4}$ and under
a full circuit-level noise model, our scheme can produce magic states using an
order of magnitude fewer qubits and space-time overhead compared to the most
competitive magic state distillation schemes. Further, we can take advantage of
the fault-tolerance of our circuits to produce magic states with very low
logical failure rates using encoded Clifford gates with noise rates comparable
to the magic states being injected. Thus, stabilizer operations are not
required to be encoded in a very large distance code. Consequently, we believe
our scheme to be suitable for implementing fault-tolerant universal quantum
computation with hardware currently under development.
- Abstract（参考訳）: 大規模量子アルゴリズムにおける普遍的フォールトトレラント量子計算のオーバーヘッドコストは非常に高い。
いくつかの代替スキームの試みにもかかわらず、マジックステート蒸留は、フォールトトレラントな方法で非クリフォードゲートをシミュレートする最も効率的なスキームの1つである。
しかし、マジック状態蒸留回路はフォールトトレラントではないため、すべてのクリフォード演算は、マジック状態の蒸留と同等の故障率を持つために、広範囲のコードで符号化されなければならない。
本研究では,冗長アンシラ符号化と呼ばれる新しい概念を導入する。
後者とフラグキュービットを組み合わせることで、回路はいくつかのコードの安定化器ジェネレータを計測できるだけでなく、グローバル演算子をフォールトトレラントに生成し、全員が近接する隣り合う相互作用を使ってマジック状態を作成することができる。
特に、このようなスキームを三角形のカラーコードファミリの平面アーキテクチャに適用する。
提案手法は,実験的な実装に適合するだけでなく,回路レベルのノイズモデルの下では,最も競争力のあるマジック状態蒸留方式に比べて,桁違いに少ない量子ビットと時空のオーバヘッドを用いて,物理誤差率を10〜4ドル付近で生成可能であることを示す。
さらに、回路の耐障害性を利用して、注入されるマジック状態に匹敵するノイズ率を持つ符号化クリフォードゲートを用いて、非常に低い論理故障率でマジック状態を生成することができる。
したがって、安定化器の操作は、非常に大きな距離コードで符号化される必要はない。
その結果,本手法は,現在開発中のハードウェアによるフォールトトレラントな普遍量子計算の実装に適していると考えている。
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