論文の概要: Performance of surface codes in realistic quantum hardware

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.15695v2
• Date: Wed, 15 Jun 2022 10:32:49 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-20 09:14:42.090362
• Title: Performance of surface codes in realistic quantum hardware
• Title（参考訳）: 現実的量子ハードウェアにおける表面符号の性能
• Authors: Antonio deMarti iOlius, Josu Etxezarreta Martinez, Patricio Fuentes, Pedro M. Crespo, and Javier Garcia-Frias
• Abstract要約: 表面符号は一般に、表面符号格子を構成する各量子ビットが独立して均等に分布するノイズ(すなわち、d)に直面するという仮定に基づいて研究される。 量子ビットのドコヒーレンスパラメータの非一様挙動を考慮に入れたデコヒーレンスモデルである独立な非同一分散ノイズモデル(i.ni.d.)を導入する。 i.ni.d.ノイズ下での平面符号の性能を向上させる2つの手法について検討・記述する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.24466725954625884
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Surface codes are generally studied based on the assumption that each of the qubits that make up the surface code lattice suffers noise that is independent and identically distributed (i.i.d.). However, real benchmarks of the individual relaxation ($T_1$) and dephasing ($T_2$) times of the constituent qubits of state-of-the-art quantum processors have recently shown that the decoherence effects suffered by each particular qubit actually vary in intensity. In consequence, in this article we introduce the independent non-identically distributed (i.ni.d.) noise model, a decoherence model that accounts for the non-uniform behaviour of the docoherence parameters of qubits. Additionally, we use the i.ni.d model to study how it affects the performance of a specific family of Quantum Error Correction (QEC) codes known as planar codes. For this purpose we employ data from four state-of-the-art superconducting processors: ibmq\_brooklyn, ibm\_washington, Zuchongzhi and Rigetti Aspen-M-1. Our results show that the i.i.d. noise assumption overestimates the performance of surface codes, which can suffer up to $95\%$ performance decrements in terms of the code pseudo-threshold when they are subjected to the i.ni.d. noise model. Furthermore, we consider and describe two methods which enhance the performance of planar codes under i.ni.d. noise. The first method involves a so-called re-weighting process of the conventional minimum weight perfect matching (MWPM) decoder, while the second one exploits the relationship that exists between code performance and qubit arrangement in the surface code lattice. The optimum qubit configuration derived through the combination of the previous two methods can yield planar code pseudo-threshold values that are up to $650\%$ higher than for the traditional MWPM decoder under i.ni.d. noise.
• Abstract（参考訳）: 表面符号は一般に、表面符号格子を構成する各量子ビットが独立で同一に分布するノイズ(すなわちd)に直面するという仮定に基づいて研究される。 しかし、個々の緩和(T_1$)とデファーズ(T_2$)の実際のベンチマークでは、最先端量子プロセッサの構成量子ビットの1つあたりのデコヒーレンス効果が実際に強度によって異なることが示されている。 そこで,本稿では,量子ビットのドコヒーレンスパラメータの非一様挙動を考慮したデコヒーレンスモデルである非同定分布(i.ni.d.)ノイズモデルを紹介する。 さらに、i.ni.dモデルを用いて、平面符号として知られる特定の量子誤り訂正(qec)符号群の性能にどのように影響するかを研究する。 この目的のために、4つの最先端超伝導プロセッサ(ibmq\_brooklyn, ibm\_washington, Zuchongzhi, Rigetti Aspen-M-1)のデータを用いる。 以上の結果から,i.ni.d の条件下では,符号の擬似閾値が最大 95 % となる表面符号の性能を過大評価し,その性能低下を最大 95 % まで低減できることがわかった。 騒音モデル。 さらに,i.ni.d.の下で平面符号の性能を向上させる2つの手法を考察し,述べる。 騒音だ 第1の方法は、従来の最小重量完全整合(MWPM)デコーダのいわゆる再重み付けプロセスを含み、第2の方法は、表面符号格子における符号性能とキュービット配置の間に存在する関係を利用する。 以前の2つの手法の組み合わせによって導かれた最適量子ビット構成は、i.ni.dの従来のMWPMデコーダよりも最大650\%高い平面コード擬似閾値値が得られる。 騒音だ

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