論文の概要: A Practical and Scalable Decoder for Topological Quantum Error Correction with Digital Annealer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.15304v2
• Date: Fri, 9 Sep 2022 04:26:46 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-20 09:34:10.565693
• Title: A Practical and Scalable Decoder for Topological Quantum Error Correction with Digital Annealer
• Title（参考訳）: ディジタルアニールを用いたトポロジカル量子誤り訂正のための実用的でスケーラブルなデコーダ
• Authors: Jun Fujisaki, Hirotaka Oshima, Shintaro Sato, and Keisuke Fujii
• Abstract要約: 富士通デジタルアニール(DA)を用いた量子誤り訂正のための効率的でスケーラブルなデコーダを提案する。 特に,提案したDAデコーダを表面コードに実装し,様々なコードに対して詳細な数値実験を行い,その性能とスケーラビリティを検証した。 また、DAデコーダはハードウェア実装を含む様々な観点からUnion-Find(UF)デコーダよりも利点があることが示されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5658123802733283
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum error correction is one of the most important milestones for realization of large-scale quantum computation. To achieve this, it is essential not only to integrate a large number of qubits with high fidelity, but also to build a scalable classical system that can perform error correction. Here, we propose an efficient and scalable decoder for quantum error correction using Fujitsu Digital Annealer (DA). Specifically, the error correction problem of stabilizer codes is mapped into an Ising-type optimization problem, so-called quadratic unconstrained binary optimization (QUBO) problem, which is solved by DA. In particular, we implement the proposed DA decoder for the surface code and perform detailed numerical experiments for various code distances to see its performance and scalability. We observe that computational scaling for the DA decoder has a lower order of polynomial than the decoding methods using simulated annealing (SA) and minimum-weight perfect matching (MWPM) algorithm under all tested conditions. It is also shown that the DA decoder has advantages over the Union-Find (UF) decoder from a variety of perspectives including hardware implementation. Furthermore, the threshold behavior of the logical error probability for the DA decoder is analyzed and the resultant threshold lies between 9.4% and 9.8%, which is very close to that obtained by the MWPM decoder. This result clearly shows the high potential of the DA decoder for quantum error correction.
• Abstract（参考訳）: 量子誤差補正は、大規模量子計算を実現する上で最も重要なマイルストーンの1つである。 これを実現するためには、大量のキュービットを高い忠実度で統合するだけでなく、エラー訂正が可能なスケーラブルな古典的システムを構築することが不可欠である。 本稿では,富士通デジタルアニーラ(da)を用いた,効率良くスケーラブルな量子誤り訂正デコーダを提案する。 具体的には、安定化器符号の誤り訂正問題をIsing型最適化問題、いわゆる2次非制約バイナリ最適化(QUBO)問題にマッピングし、DAによって解かれる。 特に,提案するdaデコーダを表面コードに実装し,その性能と拡張性を確認するため,様々なコード距離について詳細な数値実験を行う。 DAデコーダの計算スケーリングは, 模擬アニーリング (SA) と最小重み付き完全マッチング (MWPM) アルゴリズムを用いて, 全ての試験条件下での復号法よりも低次である。 また、DAデコーダはハードウェア実装を含む様々な観点からUnion-Find(UF)デコーダよりも利点があることが示されている。 さらに、DAデコーダの論理誤差確率のしきい値挙動を分析し、その結果のしきい値が9.4%から9.8%であり、MWPMデコーダに非常に近い。 この結果は、量子誤り訂正のためのdaデコーダの高ポテンシャルを示している。

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