論文の概要: NISQ+: Boosting quantum computing power by approximating quantum error
correction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2004.04794v2
- Date: Tue, 14 Apr 2020 14:24:31 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-25 08:35:11.808593
- Title: NISQ+: Boosting quantum computing power by approximating quantum error
correction
- Title（参考訳）: NISQ+:量子誤り訂正の近似による量子コンピューティングパワーの増強
- Authors: Adam Holmes, Mohammad Reza Jokar, Ghasem Pasandi, Yongshan Ding,
Massoud Pedram, Frederic T. Chong
- Abstract要約: 我々は,短期量子コンピュータの計算能力を高める手法を設計する。
完全一致する誤り訂正機構を近似することにより、計算量を増やすことができる。
近距離量子システムにおいて、近似誤り復号をオンラインで実現できるという概念実証を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.638758213186185
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computers are growing in size, and design decisions are being made
now that attempt to squeeze more computation out of these machines. In this
spirit, we design a method to boost the computational power of near-term
quantum computers by adapting protocols used in quantum error correction to
implement "Approximate Quantum Error Correction (AQEC)." By approximating
fully-fledged error correction mechanisms, we can increase the compute volume
(qubits $\times$ gates, or "Simple Quantum Volume (SQV)") of near-term
machines. The crux of our design is a fast hardware decoder that can
approximately decode detected error syndromes rapidly. Specifically, we
demonstrate a proof-of-concept that approximate error decoding can be
accomplished online in near-term quantum systems by designing and implementing
a novel algorithm in Single-Flux Quantum (SFQ) superconducting logic
technology. This avoids a critical decoding backlog, hidden in all offline
decoding schemes, that leads to idle time exponential in the number of T gates
in a program.
Our design utilizes one SFQ processing module per physical qubit. Employing
state-of-the-art SFQ synthesis tools, we show that the circuit area, power, and
latency are within the constraints of contemporary quantum system designs.
Under pure dephasing error models, the proposed accelerator and AQEC solution
is able to expand SQV by factors between 3,402 and 11,163 on expected near-term
machines. The decoder achieves a $5\%$ accuracy-threshold and pseudo-thresholds
of $\sim$ $5\%, 4.75\%, 4.5\%,$ and $3.5\%$ physical error-rates for code
distances $3, 5, 7,$ and $9$. Decoding solutions are achieved in a maximum of
$\sim 20$ nanoseconds on the largest code distances studied. By avoiding the
exponential idle time in offline decoders, we achieve a $10$x reduction in
required code distances to achieve the same logical performance as alternative
designs.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータのサイズは拡大しており、これらのマシンからより多くの計算を絞り出そうとする設計決定が下されている。
そこで本研究では,量子誤差補正に用いたプロトコルを「近似量子誤差補正(aqec)」に適合させることにより,短期量子コンピュータの計算能力を向上させる手法を考案する。
完全一致する誤り訂正機構を近似することにより、短期機械の計算量(qubits $\times$ gates、または「Simple Quantum Volume (SQV)」)を増大させることができる。
我々の設計の要点は高速なハードウェアデコーダで、検出されたエラーシンドロームを高速にデコードできる。
具体的には、単一束量子(sfq)超伝導論理技術における新しいアルゴリズムの設計と実装により、近似誤差復号が短期量子システムにおいてオンラインで実現できるという概念実証を実証する。
これにより、すべてのオフラインデコーディングスキームに隠されたクリティカルデコーディングバックログが回避され、プログラム内のtゲート数に指数関数的なアイドル時間が発生する。
本設計では物理キュービット毎にsfq処理モジュールを1つ使用する。
現状のSFQ合成ツールを用いて、回路面積、電力、遅延が現代の量子システム設計の制約内にあることを示す。
純粋なdephasingエラーモデルの下では、提案されたアクセラレータとAQECソリューションは、予測される短期マシン上で3,402から11,163の要因でSQVを拡張することができる。
デコーダは$5\%$精度低下と$\sim$$$$$$5\%, 4.75\%, 4.5\%,$,$,$3.5\%の疑似thresholdをコード距離$3, 5, 7,$,$9で達成する。
復号化解は、研究した最大の符号距離に対して最大で20$ナノ秒で達成される。
オフラインデコーダにおける指数的アイドル時間を回避することで、必要なコード距離を10ドル削減し、代替設計と同じ論理的性能を実現する。
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