論文の概要: Simulation and performance analysis of quantum error correction with a rotated surface code under a realistic noise model

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.11404v4
• Date: Fri, 30 Sep 2022 01:16:48 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-15 17:59:09.951238
• Title: Simulation and performance analysis of quantum error correction with a rotated surface code under a realistic noise model
• Title（参考訳）: 実雑音モデルによる回転面符号を用いた量子誤差補正のシミュレーションと性能解析
• Authors: Mitsuki Katsuda, Kosuke Mitarai, Keisuke Fujii
• Abstract要約: 量子誤り訂正(QEC)の実証は、完全分岐量子コンピュータの実現における最も重要なマイルストーンの1つである。 本研究では,49量子ビットの符号距離5の回転曲面符号に対するQECの完全なシミュレーションを行った。 パウリの誤りだけでなく、系統的な制御誤差や意図しない相互作用によるコヒーレントな誤りも含んでいる現実的な雑音モデルにおいて、論理誤差確率を評価する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6946929968559495
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The demonstration of quantum error correction (QEC) is one of the most important milestones in the realization of fully-fledged quantum computers. Toward this, QEC experiments using the surface codes have recently been actively conducted. However, it has not yet been realized to protect logical quantum information beyond the physical coherence time. In this work, we performed a full simulation of QEC for the rotated surface codes with a code distance 5, which employs 49 qubits and is within reach of the current state-of-the-art quantum computers. In particular, we evaluate the logical error probability in a realistic noise model that incorporates not only stochastic Pauli errors but also coherent errors due to a systematic control error or unintended interactions. While a straightforward simulation of 49 qubits is not tractable within a reasonable computational time, we reduced the number of qubits required to 26 qubits by delaying the syndrome measurement in simulation. This and a fast quantum computer simulator, Qulacs, implemented on GPU allows us to simulate full QEC with an arbitrary local noise within reasonable simulation time. Based on the numerical results, we also construct and verify an effective model to incorporate the effect of the coherent error into a stochastic noise model. This allows us to understand what the effect coherent error has on the logical error probability on a large scale without full simulation based on the detailed full simulation of a small scale. The present simulation framework and effective model, which can handle arbitrary local noise, will play a vital role in clarifying the physical parameters that future experimental QEC should target.
• Abstract（参考訳）: 量子誤り訂正(QEC)の実証は、完全分岐量子コンピュータの実現における最も重要なマイルストーンの1つである。 このため,最近,表面コードを用いたqec実験が盛んに行われている。 しかし、物理コヒーレンス時間を超えて論理量子情報を保護することは、まだ実現されていない。 本研究では,49量子ビットをもち,現在の量子コンピュータの到達範囲内にある符号距離5を用いて,回転面符号に対するqecの完全なシミュレーションを行った。 特に,確率的ポーリ誤差だけでなく,系統的制御誤差や意図しない相互作用によるコヒーレント誤差も含む現実的なノイズモデルにおいて,論理誤差確率を評価する。 49量子ビットの簡単なシミュレーションは、合理的な計算時間内では実行できないが、シミュレーションにおいてシンドローム測定を遅らせることで、26量子ビットに必要な量子ビット数を削減した。 これとGPU上に実装された高速量子コンピュータシミュレータQulacsは、適切なシミュレーション時間内に任意の局所雑音で完全なQECをシミュレートすることができる。 数値的な結果に基づいて,コヒーレント誤差の効果を確率的雑音モデルに組み込むための有効なモデルを構築し,検証する。 これにより,コヒーレント誤差が大規模の論理誤差確率に与える影響を,小スケールの詳細なフルシミュレーションに基づいて完全にシミュレーションすることなく理解することができる。 任意の局所ノイズを処理可能なシミュレーションフレームワークと有効モデルが,将来の実験的なqecが対象とする物理パラメータの明確化に重要な役割を果たす。

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