論文の概要: Fault-tolerant circuit synthesis for universal fault-tolerant quantum computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.02691v1
• Date: Mon, 6 Jun 2022 15:43:36 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-10 09:33:43.488162
• Title: Fault-tolerant circuit synthesis for universal fault-tolerant quantum computing
• Title（参考訳）: 普遍的フォールトトレラント量子コンピューティングのためのフォールトトレラント回路合成
• Authors: Yongsoo Hwang
• Abstract要約: 幾何学的符号に基づく普遍的フォールトトレラント量子コンピューティングを実現するための量子回路合成アルゴリズムを提案する。 我々は、一般的なフォールトトレラントプロトコルのセットを$[[[7,1,3]]$ Steaneコードで合成する方法と、症候群測定プロトコルを$[[23, 1, 7]$ Golayコードで合成する方法を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a quantum circuit synthesis algorithm for implementing universal fault-tolerant quantum computing based on concatenated codes. To realize fault-tolerant quantum computing, the fault-tolerant quantum protocols should be transformed into executable quantum circuits based on the nearest-neighbor interaction. Unlike topological codes that are defined based on local operations fundamentally, for the concatenated codes, it is possible to obtain the circuits composed of the local operations by applying the quantum circuit synthesis. However, by the existing quantum circuit synthesis developed for ordinary quantum computational algorithms, the fault-tolerant of the protocol may not be preserved in the resulting circuit. Besides, we have to consider something more to implement the quantum circuit of universal fault-tolerant quantum computing. First, we have not to propagate quantum errors on data qubits when selecting a qubit move path (a sequence of \emph{SWAP} gates) to satisfy the geometric locality constraint. Second, the circuit should be self-contained so that it is possible to act independently regardless of the situation. Third, for universal fault-tolerant quantum computing, we require multiple fault-tolerant quantum circuits of multiple fault-tolerant quantum protocols acting on the same input, a logical data qubit. Last, we need to recall fault-tolerant protocols such as syndrome measure and encoder implicitly include classical control processing conditioned on the measurement outcomes, and therefore have to partition the quantum circuits in time flow to execute the classical control as the architect intended. We propose the circuit synthesis method resolving the requirements and show how to synthesize the set of universal fault-tolerant protocols for $[[7,1,3]]$ Steane code and the syndrome measurement protocol of $[[23, 1, 7]]$ Golay code.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,連結符号に基づく普遍的フォールトトレラント量子計算を実現するための量子回路合成アルゴリズムを提案する。 フォールトトレラント量子コンピューティングを実現するために、フォールトトレラント量子プロトコルは、最寄り-neighbor相互作用に基づいて実行可能な量子回路に変換されるべきである。 局所演算に基づいて定義される位相符号とは異なり、連結符号に対しては、量子回路合成を適用して局所演算からなる回路を得ることができる。 しかし、通常の量子計算アルゴリズムのために開発された既存の量子回路合成により、プロトコルのフォールトトレラントは結果の回路に保存されない。 さらに、普遍的なフォールトトレラント量子コンピューティングの量子回路を実装することを考える必要がある。 まず、幾何学的局所性制約を満たすために量子ビット移動経路(\emph{swap}ゲートの列)を選択するとき、データキュービット上で量子エラーを伝播する必要がない。 第二に、回路は状況によらず独立して動作できるように自己完結するべきである。 第三に、普遍的なフォールトトレラント量子コンピューティングには、同じ入力、論理データキュービットに作用する複数のフォールトトレラント量子プロトコルの複数のフォールトトレラント量子回路が必要である。 最後に、シンドローム測定やエンコーダなどのフォールトトレラントプロトコルを暗黙的に、測定結果に条件付き古典的な制御処理を組み込まなければならないため、設計者が意図したように、量子回路を時間の流れに分割し、古典的な制御を実行する必要がある。 本稿では,その要件を解決する回路合成手法を提案するとともに,一般的なフォールトトレラントプロトコルのセットを$[[7,1,3]$ Steane符号と$[23, 1, 7]$ Golay符号のシンドローム測定プロトコルで合成する方法を示す。

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