論文の概要: Interleaving: Modular architectures for fault-tolerant photonic quantum computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.08612v1
• Date: Mon, 15 Mar 2021 18:00:06 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-08 01:50:01.030851
• Title: Interleaving: Modular architectures for fault-tolerant photonic quantum computing
• Title（参考訳）: インターリービング:フォールトトレラントフォトニック量子コンピューティングのためのモジュールアーキテクチャ
• Authors: Hector Bombin, Isaac H. Kim, Daniel Litinski, Naomi Nickerson, Mihir Pant, Fernando Pastawski, Sam Roberts, Terry Rudolph
• Abstract要約: フォトニック核融合型量子コンピューティング(FBQC)は低損失フォトニック遅延を用いる。 FBQCのモジュールアーキテクチャとして,これらのコンポーネントを結合して「インターリービングモジュール」を形成するアーキテクチャを提案する。 遅延の乗法的パワーを行使すると、各加群はヒルベルト空間に数千の物理量子ビットを加えることができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 50.591267188664666
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Useful fault-tolerant quantum computers require very large numbers of physical qubits. Quantum computers are often designed as arrays of static qubits executing gates and measurements. Photonic qubits require a different approach. In photonic fusion-based quantum computing (FBQC), the main hardware components are resource-state generators (RSGs) and fusion devices connected via waveguides and switches. RSGs produce small entangled states of a few photonic qubits, whereas fusion devices perform entangling measurements between different resource states, thereby executing computations. In addition, low-loss photonic delays such as optical fiber can be used as fixed-time quantum memories simultaneously storing thousands of photonic qubits. Here, we present a modular architecture for FBQC in which these components are combined to form "interleaving modules" consisting of one RSG with its associated fusion devices and a few fiber delays. Exploiting the multiplicative power of delays, each module can add thousands of physical qubits to the computational Hilbert space. Networks of modules are universal fault-tolerant quantum computers, which we demonstrate using surface codes and lattice surgery as a guiding example. Our numerical analysis shows that in a network of modules containing 1-km-long fiber delays, each RSG can generate four logical distance-35 surface-code qubits while tolerating photon loss rates above 2% in addition to the fiber-delay loss. We illustrate how the combination of interleaving with further uses of non-local fiber connections can reduce the cost of logical operations and facilitate the implementation of unconventional geometries such as periodic boundaries or stellated surface codes. Interleaving applies beyond purely optical architectures, and can also turn many small disconnected matter-qubit devices with transduction to photons into a large-scale quantum computer.
• Abstract（参考訳）: 有用なフォールトトレラント量子コンピュータは、非常に多くの物理キュービットを必要とする。 量子コンピュータは、しばしばゲートと測定を実行する静的量子ビットの配列として設計される。 フォトニック量子ビットは異なるアプローチを必要とする。 フォトニック核融合ベースの量子コンピューティング(FBQC)では、主要なハードウェアコンポーネントはリソース状態発生器(RSG)と、導波路とスイッチを介して接続される融合装置である。 rsgsは数個のフォトニック量子ビットの小さな絡み合い状態を生成するが、融合装置は異なる資源状態間の絡み合い測定を行い、計算を実行する。 さらに、光ファイバーなどの低損失フォトニック遅延は、数千のフォトニック量子ビットを同時に記憶する固定時間量子メモリとして使用できる。 本稿では,FBQCのモジュールアーキテクチャについて述べる。これらのコンポーネントを結合して1つのRSGとそれに関連する融合デバイスと数個のファイバ遅延からなる「インターリービングモジュール」を形成する。 遅延の乗法力を利用すると、各加群は計算ヒルベルト空間に数千の物理キュービットを加えることができる。 モジュールのネットワークは普遍的なフォールトトレラント量子コンピュータであり,その例として表面符号と格子手術を用いる。 数値解析により,1km長繊維遅延を含むモジュールのネットワークにおいて,各RSGは4つの論理的距離-35面符号量子ビットを生成するとともに,光子損失率を2%以上許容する。 本研究では, インターリーブと非局所ファイバー接続のさらなる利用の組み合わせにより, 論理演算のコストを低減し, 周期境界や星状表面符号など, 従来型でないジオメトリの実装が容易になることを示す。 インターリービングは純粋に光学的アーキテクチャを超えて適用され、多くの小さな非接続の物質量子ビットデバイスを光子に変換して大規模量子コンピュータに変換することもできる。

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