論文の概要: Exponential suppression of bit or phase flip errors with repetitive error correction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.06132v1
• Date: Thu, 11 Feb 2021 17:11:20 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-11 12:03:28.683574
• Title: Exponential suppression of bit or phase flip errors with repetitive error correction
• Title（参考訳）: 繰り返し誤差補正によるビット・位相反転誤差の指数的抑制
• Authors: Zijun Chen, Kevin J. Satzinger, Juan Atalaya, Alexander N. Korotkov, Andrew Dunsworth, Daniel Sank, Chris Quintana, Matt McEwen, Rami Barends, Paul V. Klimov, Sabrina Hong, Cody Jones, Andre Petukhov, Dvir Kafri, Sean Demura, Brian Burkett, Craig Gidney, Austin G. Fowler, Harald Putterman, Igor Aleiner, Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Joseph C. Bardin, Andreas Bengtsson, Alexandre Bourassa, Michael Broughton, Bob B. Buckley, David A. Buell, Nicholas Bushnell, Benjamin Chiaro, Roberto Collins, William Courtney, Alan R. Derk, Daniel Eppens, Catherine Erickson, Edward Farhi, Brooks Foxen, Marissa Giustina, Jonathan A. Gross, Matthew P. Harrigan, Sean D. Harrington, Jeremy Hilton, Alan Ho, Trent Huang, William J. Huggins, L. B. Ioffe, Sergei V. Isakov, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Kostyantyn Kechedzhi, Seon Kim, Fedor Kostritsa, David Landhuis, Pavel Laptev, Erik Lucero, Orion Martin, Jarrod R. McClean, Trevor McCourt, Xiao Mi, Kevin C. Miao, Masoud Mohseni, Wojciech Mruczkiewicz, Josh Mutus, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Charles Neill, Michael Newman, Murphy Yuezhen Niu, Thomas E. O'Brien, Alex Opremcak, Eric Ostby, B\'alint Pat\'o, Nicholas Redd, Pedram Roushan, Nicholas C. Rubin, Vladimir Shvarts, Doug Strain, Marco Szalay, Matthew D. Trevithick, Benjamin Villalonga, Theodore White, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Adam Zalcman, Hartmut Neven, Sergio Boixo, Vadim Smelyanskiy, Yu Chen, Anthony Megrant, Julian Kelly
• Abstract要約: 最先端の量子プラットフォームは通常、物理的エラーレートが10～3ドル近くである。 量子誤り訂正(QEC)は、多くの物理量子ビットに量子論理情報を分散することで、この分割を橋渡しすることを約束する。 超伝導量子ビットの2次元格子に埋め込まれた1次元繰り返し符号を実装し、ビットまたは位相フリップ誤差の指数的抑制を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 56.362599585843085
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Realizing the potential of quantum computing will require achieving sufficiently low logical error rates. Many applications call for error rates in the $10^{-15}$ regime, but state-of-the-art quantum platforms typically have physical error rates near $10^{-3}$. Quantum error correction (QEC) promises to bridge this divide by distributing quantum logical information across many physical qubits so that errors can be detected and corrected. Logical errors are then exponentially suppressed as the number of physical qubits grows, provided that the physical error rates are below a certain threshold. QEC also requires that the errors are local and that performance is maintained over many rounds of error correction, two major outstanding experimental challenges. Here, we implement 1D repetition codes embedded in a 2D grid of superconducting qubits which demonstrate exponential suppression of bit or phase-flip errors, reducing logical error per round by more than $100\times$ when increasing the number of qubits from 5 to 21. Crucially, this error suppression is stable over 50 rounds of error correction. We also introduce a method for analyzing error correlations with high precision, and characterize the locality of errors in a device performing QEC for the first time. Finally, we perform error detection using a small 2D surface code logical qubit on the same device, and show that the results from both 1D and 2D codes agree with numerical simulations using a simple depolarizing error model. These findings demonstrate that superconducting qubits are on a viable path towards fault tolerant quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングの可能性を実現するには、十分に低い論理エラー率を達成する必要がある。 多くのアプリケーションが10^{-15}$でエラー率を求めるが、最先端の量子プラットフォームは一般的に10^{-3}$に近い物理エラー率を持つ。 量子誤り訂正(QEC)は、多くの物理量子ビットに量子論理情報を分散することにより、誤りを検出し、修正することを約束する。 論理エラーは、物理エラー率が一定のしきい値以下であれば、物理キュービット数が増えるにつれて指数関数的に抑制される。 QECはまた、エラーは局所的であり、多くの誤り訂正ラウンドで性能が維持されていることを要求している。 ここでは、超伝導量子ビットの2次元グリッドに埋め込まれた1次元反復符号を実装し、ビット数を5から21に増やす場合、1ラウンドあたりの論理誤差を100\times$以上減少させる。 重要な点として、このエラー抑制は50回のエラー訂正で安定している。 また,誤差相関を高精度に解析し,初めてQECを行う装置における誤差の局所性を特徴付ける手法を提案する。 最後に、同一デバイス上で小さな2次元曲面符号論理量子ビットを用いて誤差検出を行い、1D符号と2D符号の両方の結果が単純な非偏極誤差モデルを用いて数値シミュレーションと一致することを示す。 これらの結果は、超伝導量子ビットがフォールトトレラント量子コンピューティングへの道筋上にあることを示している。

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