論文の概要: Virtualized Logical Qubits: A 2.5D Architecture for Error-Corrected Quantum Computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2009.01982v1
• Date: Fri, 4 Sep 2020 02:17:47 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-03 20:58:53.806225
• Title: Virtualized Logical Qubits: A 2.5D Architecture for Error-Corrected Quantum Computing
• Title（参考訳）: Virtualized Logical Qubits: エラー修正量子コンピューティングのための2.5Dアーキテクチャ
• Authors: Casey Duckering, Jonathan M. Baker, David I. Schuster, Frederic T. Chong
• Abstract要約: 中期的には、量子機械は誤り訂正によってより信頼性の高い状態に移行する必要がある。 2.5Dアーキテクチャで配置されたトランモン量子ビットを用いた量子メモリ,特に共振共振器の発見を行う。 論理キュービット* を各トランスモンに接続されたキュービットメモリに分散した層に格納することで、論理キュービット* を仮想化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.883337181265271
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Current, near-term quantum devices have shown great progress in recent years culminating with a demonstration of quantum supremacy. In the medium-term, however, quantum machines will need to transition to greater reliability through error correction, likely through promising techniques such as surface codes which are well suited for near-term devices with limited qubit connectivity. We discover quantum memory, particularly resonant cavities with transmon qubits arranged in a 2.5D architecture, can efficiently implement surface codes with substantial hardware savings and performance/fidelity gains. Specifically, we *virtualize logical qubits* by storing them in layers distributed across qubit memories connected to each transmon. Surprisingly, distributing each logical qubit across many memories has a minimal impact on fault tolerance and results in substantially more efficient operations. Our design permits fast transversal CNOT operations between logical qubits sharing the same physical address which are 6x faster than lattice surgery CNOTs. We develop a novel embedding which saves ~10x in transmons with another 2x from an additional optimization for compactness. Although Virtualized Logical Qubits (VLQ) pays a 10x penalty in serialization, advantages in the transversal CNOT and area efficiency result in performance comparable to 2D transmon-only architectures. Our simulations show fault tolerance comparable to 2D architectures while saving substantial hardware. Furthermore, VLQ can produce magic states 1.22x faster for a fixed number of transmon qubits. This is a critical benchmark for future fault-tolerant quantum computers. VLQ substantially reduces the hardware requirements for fault tolerance and puts within reach a proof-of-concept experimental demonstration of around 10 logical qubits, requiring only 11 transmons and 9 attached cavities in total.
• Abstract（参考訳）: 現在、短期量子デバイスは、量子超越性の実証によって、近年大きな進歩を見せている。 しかし、短期的には、量子マシンはエラー訂正によってより信頼性の高いものに移行する必要がある。 我々は、量子メモリ、特に2.5Dアーキテクチャで配置されたトランスモン量子ビットを持つ共振器キャビティを発見し、ハードウェアの大幅な節約と性能/忠実性向上による表面コードの実装を効率的に行うことができる。 具体的には、各トランスモンに接続されたキュービットメモリに分散したレイヤに格納することで、論理キュービット*を仮想化します。 驚いたことに、各論理キュービットを多くのメモリに分散することは、フォールトトレランスに最小限の影響しか与えず、結果としてはるかに効率的な操作となる。 本設計では,同じ物理アドレスを共有する論理キュービット間の高速変換cnot演算を格子手術cnotより6倍高速に行うことができる。 コンパクト化のための追加最適化から,トランスモンの約10倍を2倍に節約する新しい埋め込み法を開発した。 Virtualized Logical Qubits (VLQ) はシリアライゼーションにおいて10倍のペナルティがあるが、CNOTと面積効率の利点は、2Dトランスモンのみのアーキテクチャに匹敵する性能をもたらす。 シミュレーションでは、2dアーキテクチャに匹敵するフォールトトレランスを示しながら、相当なハードウェアを節約した。 さらに、vlqは一定数のトランスモンキュービットに対して1.22倍の速さでマジック状態を生成することができる。 これは将来のフォールトトレラント量子コンピュータにとって重要なベンチマークである。 VLQはフォールトトレランスのハードウェア要件を大幅に削減し、約10個の論理量子ビットの実証実験に到達し、合計で11個のトランスモンと9個のキャビティを必要とする。

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