論文の概要: Improved decoding of circuit noise and fragile boundaries of tailored surface codes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.04948v5
• Date: Tue, 4 Jul 2023 15:26:28 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-07 00:34:47.832610
• Title: Improved decoding of circuit noise and fragile boundaries of tailored surface codes
• Title（参考訳）: 調整表面符号の回路ノイズの復号化と脆弱境界の改善
• Authors: Oscar Higgott, Thomas C. Bohdanowicz, Aleksander Kubica, Steven T. Flammia, Earl T. Campbell
• Abstract要約: 高速かつ高精度なデコーダを導入し、幅広い種類の量子誤り訂正符号で使用することができる。 我々のデコーダは、信仰マッチングと信念フィンドと呼ばれ、すべてのノイズ情報を活用し、QECの高精度なデモを解き放つ。 このデコーダは, 標準の正方形曲面符号に対して, 整形曲面符号において, より高いしきい値と低い量子ビットオーバーヘッドをもたらすことがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 61.411482146110984
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Realizing the full potential of quantum computation requires quantum error correction (QEC), with most recent breakthrough demonstrations of QEC using the surface code. QEC codes use multiple noisy physical qubits to encode information in fewer logical qubits, enabling the identification of errors through a decoding process. This process increases the logical fidelity (or accuracy) making the computation more reliable. However, most fast (efficient runtime) decoders neglect important noise characteristics, thereby reducing their accuracy. In this work, we introduce decoders that are both fast and accurate, and can be used with a wide class of QEC codes including the surface code. Our decoders, named belief-matching and belief-find, exploit all noise information and thereby unlock higher accuracy demonstrations of QEC. Using the surface code threshold as a performance metric, we observe a threshold at 0.94\% error probability for our decoders, outperforming the 0.82\% threshold for a standard minimum-weight perfect matching decoder. We also tested our belief-matching decoders in a theoretical case study of codes tailored to a biased noise model. We find that the decoders led to a much higher threshold and lower qubit overhead in the tailored surface code with respect to the standard, square surface code. Surprisingly, in the well-below threshold regime, the rectangular surface code becomes more resource-efficient than the tailored surface code, due to a previously unnoticed phenomenon that we call "fragile boundaries". Our decoders outperform all other fast decoders in terms of threshold and accuracy, enabling better results in current quantum error correction experiments and opening up new areas for theoretical case studies.
• Abstract（参考訳）: 量子計算の可能性を最大限に発揮するには、量子誤差補正(qec)が必要である。 QEC符号は、複数のノイズのある物理量子ビットを使用して、より少ない論理量子ビットで情報を符号化し、復号処理による誤りの識別を可能にする。 このプロセスは論理的忠実度(または精度)を高め、計算をより信頼性を高める。 しかし、ほとんどの高速(効率的なランタイム)デコーダは重要なノイズ特性を無視し、精度を低下させる。 本研究では,高速かつ高精度なデコーダを導入し,表面コードを含む多種多様なQECコードで使用することができる。 我々のデコーダは、信仰マッチングと信念フィンドと呼ばれ、すべてのノイズ情報を活用し、QECの高精度なデモを解き放つ。 性能指標として表面符号閾値を用いると、デコーダの誤差確率0.94\%でしきい値が観測され、標準の最小値完全整合デコーダの閾値0.82\%を上回った。 また、バイアスノイズモデルに適した符号の理論的ケーススタディにおいて、信念マッチングデコーダを検証した。 このデコーダは, 標準の正方形曲面符号に対して, 整形曲面符号において, より高いしきい値と低い量子ビットオーバーヘッドをもたらすことがわかった。 驚くべきことに、十分に低いしきい値のシステムでは、私たちが"脆弱な境界"と呼ぶ以前は気付かなかった現象のために、矩形の表面コードは、調整された表面コードよりもリソース効率が向上します。 我々のデコーダは他の全ての高速デコーダをしきい値と精度で上回り、現在の量子誤り訂正実験でより良い結果をもたらし、理論的なケーススタディのための新しい領域を開くことができる。

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