論文の概要: Polylog-overhead highly fault-tolerant measurement-based quantum computation: all-Gaussian implementation with Gottesman-Kitaev-Preskill code

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2006.05416v1
• Date: Tue, 9 Jun 2020 17:30:41 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-16 04:59:11.668736
• Title: Polylog-overhead highly fault-tolerant measurement-based quantum computation: all-Gaussian implementation with Gottesman-Kitaev-Preskill code
• Title（参考訳）: ポリログオーバヘッド高耐障害測定に基づく量子計算:gottesman-kitaev-preskill符号を用いた全ゲージ実装
• Authors: Hayata Yamasaki, Kosuke Fukui, Yuki Takeuchi, Seiichiro Tani, Masato Koashi
• Abstract要約: 我々は、測定に基づく量子計算(MBQC)のためのフォールトトレラント量子計算プロトコルを開発した。 我々のプロトコルは、フォールトトレラント量子計算のための最良のプロトコルのスクイーズレベルにおいて、しきい値7.8ドルdBを達成する。 我々の結果は、大規模な量子スピードアップの実現に向けた新しい方法を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.6748639131154315
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Scalability of flying photonic quantum systems in generating quantum entanglement offers a potential for implementing large-scale fault-tolerant quantum computation, especially by means of measurement-based quantum computation (MBQC). However, existing protocols for MBQC inevitably impose a polynomial overhead cost in implementing quantum computation due to geometrical constraints of entanglement structures used in the protocols, and the polynomial overhead potentially cancels out useful polynomial speedups in quantum computation. To implement quantum computation without this cancellation, we construct a protocol for photonic MBQC that achieves as low as poly-logarithmic overhead, by introducing an entanglement structure for low-overhead qubit permutation. Based on this protocol, we design a fault-tolerant photonic MBQC protocol that can be performed by experimentally tractable homodyne detection and Gaussian entangling operations combined with the Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) quantum error-correcting code, which we concatenate with the $7$-qubit code. Our fault-tolerant protocol achieves the threshold $7.8$ dB in terms of the squeezing level of the GKP code, outperforming $8.3$ dB of the best existing protocol for fault-tolerant quantum computation with the GKP surface code. Thus, bridging a gap between theoretical progress on MBQC and photonic experiments towards implementing MBQC, our results open a new way towards realization of a large class of quantum speedups including those polynomial.
• Abstract（参考訳）: 量子エンタングルメントの生成におけるフライングフォトニック量子システムのスケーラビリティは、特に測定ベースの量子計算(MBQC)を用いて、大規模なフォールトトレラント量子計算を実装する可能性を提供する。 しかし、既存のMBQCプロトコルは、このプロトコルで使用される絡み合い構造の幾何学的制約による量子計算の実装において、必然的に多項式オーバーヘッドを課し、多項式オーバーヘッドは量子計算で有用な多項式スピードアップをキャンセルする可能性がある。 このキャンセルなしに量子計算を実現するために,低オーバヘッド量子ビット置換のための絡み合い構造を導入することで,多対数オーバーヘッドを極力低くするフォトニックmbqcのプロトコルを構築する。 本プロトコルは,GKP(Gottesman-Kitaev-Preskill)量子誤り訂正符号と組み合わせて,実験的に抽出可能なホモダイン検出とガウスアンエンタングリング操作によって実現可能な,フォールトトレラントなMBQCプロトコルを設計する。 我々のフォールトトレラントプロトコルはGKP符号のスキューズレベルにおいて7.8ドルdBに達し、GKP曲面符号によるフォールトトレラント量子計算のための最良のプロトコルである8.3ドルdBを上回った。 したがって、MBQCの理論的進歩とMBQCの実装に向けたフォトニック実験のギャップを埋めることで、これらの多項式を含む大規模な量子スピードアップの実現に向けた新たな方法が開かれる。

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