論文の概要: Building a fault-tolerant quantum computer using concatenated cat codes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.04108v2
- Date: Thu, 27 Jan 2022 08:21:04 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-21 20:36:23.474501
- Title: Building a fault-tolerant quantum computer using concatenated cat codes
- Title（参考訳）: 連結猫符号を用いたフォールトトレラント量子コンピュータの構築
- Authors: Christopher Chamberland, Kyungjoo Noh, Patricio Arrangoiz-Arriola,
Earl T. Campbell, Connor T. Hann, Joseph Iverson, Harald Putterman, Thomas C.
Bohdanowicz, Steven T. Flammia, Andrew Keller, Gil Refael, John Preskill,
Liang Jiang, Amir H. Safavi-Naeini, Oskar Painter, Fernando G.S.L. Brand\~ao
- Abstract要約: 本稿では,外部量子誤り訂正符号を用いた猫符号に基づくフォールトトレラント量子コンピュータを提案する。
我々は、外符号が繰り返し符号か薄い矩形曲面符号である場合、量子誤差補正を数値的にシミュレートする。
約1,000の超伝導回路部品で、フォールトトレラントな量子コンピュータを構築することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.03171880260564
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present a comprehensive architectural analysis for a proposed
fault-tolerant quantum computer based on cat codes concatenated with outer
quantum error-correcting codes. For the physical hardware, we propose a system
of acoustic resonators coupled to superconducting circuits with a
two-dimensional layout. Using estimated physical parameters for the hardware,
we perform a detailed error analysis of measurements and gates, including CNOT
and Toffoli gates. Having built a realistic noise model, we numerically
simulate quantum error correction when the outer code is either a repetition
code or a thin rectangular surface code. Our next step toward universal
fault-tolerant quantum computation is a protocol for fault-tolerant Toffoli
magic state preparation that significantly improves upon the fidelity of
physical Toffoli gates at very low qubit cost. To achieve even lower overheads,
we devise a new magic-state distillation protocol for Toffoli states. Combining
these results together, we obtain realistic full-resource estimates of the
physical error rates and overheads needed to run useful fault-tolerant quantum
algorithms. We find that with around 1,000 superconducting circuit components,
one could construct a fault-tolerant quantum computer that can run circuits
which are currently intractable for classical computers. Hardware with 18,000
superconducting circuit components, in turn, could simulate the Hubbard model
in a regime beyond the reach of classical computing.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,外的量子誤り訂正符号と連結した猫符号に基づくフォールトトレラント量子コンピュータの包括的アーキテクチャ解析を行う。
物理ハードウェアにおいて,2次元レイアウトを持つ超伝導回路に結合した音響共振器システムを提案する。
ハードウェアの物理パラメータ推定を用いて,cnotゲートやtoffoliゲートを含む測定値とゲートの詳細な誤差解析を行う。
現実的なノイズモデルを構築し、外部コードが繰り返しコードか薄い矩形表面符号である場合、量子誤差補正を数値的にシミュレートする。
我々の普遍的フォールトトレラント量子計算への次のステップは、フォールトトレラントなトフォリマジック状態の準備のためのプロトコルであり、非常に低コストで物理トフォリゲートの忠実性を大幅に改善する。
より低いオーバヘッドを達成するため、我々は toffoli 状態に対する新しいマジックステート蒸留プロトコルを考案する。
これらの結果を組み合わせることで、有用なフォールトトレラント量子アルゴリズムの実行に必要な物理誤差率とオーバーヘッドのリアルなフルリソース推定値が得られる。
約1000個の超伝導回路を構成すれば、古典的コンピュータでは難解な回路を動作させるフォールトトレラント量子コンピュータを構築することができる。
18,000個の超伝導回路を持つハードウェアは、古典的計算の範囲を超えてハバードモデルをシミュレートすることができる。
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