論文の概要: Measurement-free error correction with coherent ancillas

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.09804v2
• Date: Wed, 31 May 2023 18:22:57 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-03 02:32:23.997986
• Title: Measurement-free error correction with coherent ancillas
• Title（参考訳）: コヒーレントアンシラによる無測定誤差補正
• Authors: Michael Perlin, Vickram N. Premakumar, Jiakai Wang, Mark Saffman, Robert Joynt
• Abstract要約: 測定自由量子誤り訂正(MFQEC)は、無条件の量子ビットリセットゲートを持つプラットフォームにおける標準測定ベースのQECの代替手段を提供する。 マルチキュービットゲートを利用するSteane符号の無測定変種に対する耐故障性の問題を再考する。 我々は,全ての単一ビット誤りに対して耐性を持つMFQEC回路設計を改良したが,それにもかかわらず,特定の相関誤差を許容することができない。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.78713756452171
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Measurement-free quantum error correction (MFQEC) offers an alternative to standard measurement-based QEC in platforms with an unconditional qubit reset gate. We revisit the question of fault tolerance for a measurement-free variant of the Steane code that leverages multi-qubit gates, finding previously overlooked phase-flip errors that undermine fault tolerance. We construct a revised MFQEC circuit design that is resistant to all single-qubit errors, but which nonetheless cannot tolerate certain correlated errors. In order to investigate fault tolerance systematically, we introduce an efficient method to classically simulate MFQEC circuits with (i) Clifford gates for syndrome extraction, (ii) ancilla-controlled Pauli operations for decoding, and (iii) a Pauli noise model. We thereby find a pseudothreshold of $\sim0.7\%$ for our revised MFQEC Steane code under a restricted noise model previously considered in the literature. We then relax noise model assumptions to identify general requirements for fault tolerance with multi-qubit gates, finding that existing multi-qubit neutral atom gates are incompatible with fault-tolerant syndrome extraction in both the measurement-based and measurement-free Steane code. We also find that decomposing multi-qubit gates down to a two-qubit gate set similarly spoils fault tolerance for the measurement-free Steane code. Finally, we discuss the theoretical ingredients that are necessary to recover fault tolerance for MFQEC codes.
• Abstract（参考訳）: 測定自由量子誤り訂正(MFQEC)は、無条件の量子ビットリセットゲートを持つプラットフォームにおける標準測定ベースのQECに代わる手段を提供する。 マルチキュービットゲートを利用するsteane符号の計測フリー変種に対して、フォールトトレランスの問題を再検討し、フォールトトレランスを損なう、これまで見過ごされていたフェーズフリップエラーを見つけ出す。 我々は,全ての単一ビット誤りに対して耐性を持つMFQEC回路設計を改良したが,それにもかかわらず,特定の相関誤差を許容することができない。 フォールトトレランスを系統的に調査するために,MFQEC回路を古典的にシミュレートする効率的な手法を提案する。 (i)シンドローム抽出のためのクリフォードゲート (ii)アンシラ制御されたパウリのデコード操作、及び (iii)ポーリノイズモデル。 これにより,本論文で以前に検討した制限ノイズモデルに基づくmfqecステイン符号の疑似値である$\sim0.7\%$を求めることができる。 次に,マルチキュービットゲートにおけるフォールトトレランスの一般的な要件を特定するために,ノイズモデルの仮定を緩和し,既存のマルチキュービット中性原子ゲートは,測定ベースと測定フリーのステインコードの両方においてフォールトトレラントシンドローム抽出と相容れないことを発見した。 また,マルチキュービットゲートを2キュービットのゲート集合に分解することで,測定フリーのステイン符号に対するフォールトトレランスが損なわれることも判明した。 最後に,MFQEC符号の耐故障性回復に必要な理論的要素について考察する。

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