論文の概要: Measurement-Free Ultrafast Quantum Error Correction by Using Multi-Controlled Gates in Higher-Dimensional State Space

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.00086v2
• Date: Mon, 6 Sep 2021 11:27:15 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-16 15:50:18.503363
• Title: Measurement-Free Ultrafast Quantum Error Correction by Using Multi-Controlled Gates in Higher-Dimensional State Space
• Title（参考訳）: マルチ制御ゲートを用いた高次元状態空間における超高速量子誤差補正
• Authors: Toshiaki Inada, Wonho Jang, Yutaro Iiyama, Koji Terashi, Ryu Sawada, Junichi Tanaka, Shoji Asai
• Abstract要約: 本稿では,マルチコントロールゲートを用いて,実時間誤差の補正を行う手法を提案する。 トランスモンの最低3つのエネルギーレベルを用いてトフォリゲートを分解する。 エラー修正やアンシラキュービットのリセットに要する時間を大幅に短縮する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5937476291232802
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum error correction is a crucial step beyond the current noisy-intermediate-scale quantum device towards fault-tolerant quantum computing. However, most of the error corrections ever demonstrated rely on post-selection of events or post-correction of states, based on measurement results repeatedly recorded during circuit execution. On the other hand, real-time error correction is supposed to be performed through classical feedforward of the measurement results to data qubits. It provides unavoidable latency from conditional electronics that would limit the scalability of the next-generation quantum processors. Here we propose a new approach to real-time error correction that is free from measurement and realized by using multi-controlled gates based on higher-dimensional state space. Specifically, we provide a series of novel decompositions of a Toffoli gate by using the lowest three energy levels of a transmon that significantly reduce the number of two-qubit gates and discuss their essential features, such as extendability to an arbitrary number of control qubits, the necessity of exclusively controlled NOT gates, and usefulness of their incomplete variants. Combined with the recently demonstrated schemes of fast two-qubit gates and all-microwave qubit reset, it would substantially shorten the time required for error correction and resetting ancilla qubits compared to a measurement-based approach and provide an error correction rate of $\gtrsim1$~MHz with high accuracy for three-qubit bit- and phase-flip errors.
• Abstract（参考訳）: 量子誤り訂正は、現在の雑音の中間規模量子デバイスからフォールトトレラント量子コンピューティングへの重要なステップである。 しかしながら、これまで実証された誤り訂正のほとんどは、回路実行中に繰り返し記録された測定結果に基づいて、イベントの選択後や状態の修正後に依存する。 一方,データキュービットに対する測定結果のフィードフォワードにより,リアルタイム誤り訂正を行うことが求められている。 条件付きエレクトロニクスから避けられないレイテンシを提供し、次世代量子プロセッサのスケーラビリティを制限する。 本稿では,高次元状態空間に基づく多制御ゲートを用いて,実時間誤差補正のための新しい手法を提案する。 具体的には、トランスモンの最低3つのエネルギーレベルを用いてトフォリゲートを分解し、2ビットゲートの数を著しく減らし、任意の数の制御量子ビットへの拡張性、排他的に制御されたNOTゲートの必要性、不完全変種の有用性など、それらの重要な特徴について議論する。 最近実証された高速2量子ゲートと全マイクロ波キュービットリセットのスキームと組み合わせることで、測定に基づくアプローチと比較して誤差補正とアンシラキュービットのリセットに要する時間を大幅に短縮し、3ビットおよび位相フリップの誤差に対して高い精度で$\gtrsim1$~MHzの誤差補正率を提供する。

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