Fugu-MT 論文翻訳(概要): Quantum Computation and Communication in Bosonic Systems

論文の概要: Quantum Computation and Communication in Bosonic Systems

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.09445v1
Date: Wed, 17 Mar 2021 05:09:04 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2023-04-07 21:18:48.483667
Title: Quantum Computation and Communication in Bosonic Systems
Title（参考訳）: ボソニックシステムにおける量子計算と通信
Authors: Kyungjoo Noh
Abstract要約: ボゾン量子誤り訂正スキームの概要と、その分野への私の貢献について述べる。フォールトトレラントなボソニックQECは、単一モードのボソニックコードと複数ビットの誤り訂正コードとを結合することで実現可能であることを実証する。量子容量によって設定された基本性能限界をほぼ達成できる明示的なボソニック誤差補正スキームを提供する。
参考スコア（独自算出の注目度）: 1.52292571922932
License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
Abstract: Quantum computation and communication are important branches of quantum information science. However, noise in realistic quantum devices fundamentally limits the utility of these quantum technologies. A conventional approach towards large-scale and fault-tolerant quantum information processing is to use multi-qubit quantum error correction (QEC), that is, to encode a logical quantum bit (or a logical qubit) redundantly over many physical qubits such that the redundancy can be used to detect errors. The required resource overhead associated with the use of conventional multi-qubit QEC schemes, however, is too high for these schemes to be realized at scale with currently available quantum devices. Recently, bosonic (or continuous-variable) quantum error correction has risen as a promising hardware-efficient alternative to multi-qubit QEC schemes. In this thesis, I provide an overview of bosonic QEC and present my contributions to the field. Specifically, I present the benchmark and optimization results of various single-mode bosonic codes against practically relevant excitation loss errors. I also demonstrate that fault-tolerant bosonic QEC is possible by concatenating a single-mode bosonic code with a multi-qubit error-correcting code. Moreover, I discuss the fundamental aspects of bosonic QEC using the framework of quantum communication theory. In particular, I present improved bounds on important communication-theoretic quantities such as the quantum capacity of bosonic Gaussian channels. Furthermore, I provide explicit bosonic error correction schemes that nearly achieve the fundamental performance limit set by the quantum capacity. I conclude the thesis with discussions on the importance of non-Gaussian resources for continuous-variable quantum information processing.
Abstract（参考訳）: 量子計算と通信は量子情報科学の重要な分野である。しかし、現実的な量子デバイスにおけるノイズは、これらの量子技術の実用性を根本的に制限する。大規模かつフォールトトレラントな量子情報処理への従来のアプローチは、複数量子ビットの量子誤り訂正(QEC)を使い、論理量子ビット(または論理量子ビット)を多くの物理量子ビット上で冗長に符号化し、冗長性を用いてエラーを検出することである。しかし、従来のマルチキュービットQECスキームの使用に伴うリソースオーバーヘッドは、これらのスキームが現在利用可能な量子デバイスで大規模に実現するには高すぎる。近年、ボソニック(または連続変数)の量子誤り訂正は、マルチキュービットQECスキームに代わる有望なハードウェア効率の代替として上昇している。本論では、ボソニックQECの概要と、この分野への私の貢献について述べる。具体的には、実際に関連する励起損失誤差に対して、様々な単モードボソニック符号のベンチマークと最適化結果を示す。また,単一モードのボソニックコードをマルチキュービット誤り訂正コードに結合することで,フォールトトレラントなボソニックqecが可能であることを実証する。さらに,量子通信理論の枠組みを用いて,bosonic qecの基本的側面について論じる。特に、ボソニックガウスチャネルの量子容量のような重要な通信理論量に対する改善された境界を示す。さらに、量子容量によって設定された基本性能限界をほぼ達成できる明示的なボソニック誤差補正スキームを提供する。連続可変量子情報処理における非ガウス的資源の重要性について論じる。

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