論文の概要: Suppressing quantum errors by scaling a surface code logical qubit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.06431v2
- Date: Wed, 20 Jul 2022 16:58:42 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-05 06:50:56.341676
- Title: Suppressing quantum errors by scaling a surface code logical qubit
- Title(参考訳): 表面符号論理量子ビットのスケーリングによる量子誤差の抑制
- Authors: Rajeev Acharya, Igor Aleiner, Richard Allen, Trond I. Andersen, Markus
Ansmann, Frank Arute, Kunal Arya, Abraham Asfaw, Juan Atalaya, Ryan Babbush,
Dave Bacon, Joseph C. Bardin, Joao Basso, Andreas Bengtsson, Sergio Boixo,
Gina Bortoli, Alexandre Bourassa, Jenna Bovaird, Leon Brill, Michael
Broughton, Bob B. Buckley, David A. Buell, Tim Burger, Brian Burkett,
Nicholas Bushnell, Yu Chen, Zijun Chen, Ben Chiaro, Josh Cogan, Roberto
Collins, Paul Conner, William Courtney, Alexander L. Crook, Ben Curtin,
Dripto M. Debroy, Alexander Del Toro Barba, Sean Demura, Andrew Dunsworth,
Daniel Eppens, Catherine Erickson, Lara Faoro, Edward Farhi, Reza Fatemi,
Leslie Flores Burgos, Ebrahim Forati, Austin G. Fowler, Brooks Foxen, William
Giang, Craig Gidney, Dar Gilboa, Marissa Giustina, Alejandro Grajales Dau,
Jonathan A. Gross, Steve Habegger, Michael C. Hamilton, Matthew P. Harrigan,
Sean D. Harrington, Oscar Higgott, Jeremy Hilton, Markus Hoffmann, Sabrina
Hong, Trent Huang, Ashley Huff, William J. Huggins, Lev B. Ioffe, Sergei V.
Isakov, Justin Iveland, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Cody Jones, Pavol Juhas,
Dvir Kafri, Kostyantyn Kechedzhi, Julian Kelly, Tanuj Khattar, Mostafa
Khezri, M\'aria Kieferov\'a, Seon Kim, Alexei Kitaev, Paul V. Klimov, Andrey
R. Klots, Alexander N. Korotkov, Fedor Kostritsa, John Mark Kreikebaum, David
Landhuis, Pavel Laptev, Kim-Ming Lau, Lily Laws, Joonho Lee, Kenny Lee, Brian
J. Lester, Alexander Lill, Wayne Liu, Aditya Locharla, Erik Lucero, Fionn D.
Malone, Jeffrey Marshall, Orion Martin, Jarrod R. McClean, Trevor Mccourt,
Matt McEwen, Anthony Megrant, Bernardo Meurer Costa, Xiao Mi, Kevin C. Miao,
Masoud Mohseni, Shirin Montazeri, Alexis Morvan, Emily Mount, Wojciech
Mruczkiewicz, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Charles Neill, Ani Nersisyan,
Hartmut Neven, Michael Newman, Jiun How Ng, Anthony Nguyen, Murray Nguyen,
Murphy Yuezhen Niu, Thomas E. O'Brien, Alex Opremcak, John Platt, Andre
Petukhov, Rebecca Potter, Leonid P. Pryadko, Chris Quintana, Pedram Roushan,
Nicholas C. Rubin, Negar Saei, Daniel Sank, Kannan Sankaragomathi, Kevin J.
Satzinger, Henry F. Schurkus, Christopher Schuster, Michael J. Shearn, Aaron
Shorter, Vladimir Shvarts, Jindra Skruzny, Vadim Smelyanskiy, W. Clarke
Smith, George Sterling, Doug Strain, Marco Szalay, Alfredo Torres, Guifre
Vidal, Benjamin Villalonga, Catherine Vollgraff Heidweiller, Theodore White,
Cheng Xing, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Juhwan Yoo, Grayson Young, Adam Zalcman,
Yaxing Zhang, Ningfeng Zhu
- Abstract要約: 複数のコードサイズにわたる論理量子ビット性能のスケーリングの測定について報告する。
超伝導量子ビット系は、量子ビット数の増加による追加誤差を克服するのに十分な性能を有する。
量子誤り訂正は量子ビット数が増加するにつれて性能が向上し始める。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 147.2624260358795
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Practical quantum computing will require error rates that are well below what
is achievable with physical qubits. Quantum error correction offers a path to
algorithmically-relevant error rates by encoding logical qubits within many
physical qubits, where increasing the number of physical qubits enhances
protection against physical errors. However, introducing more qubits also
increases the number of error sources, so the density of errors must be
sufficiently low in order for logical performance to improve with increasing
code size. Here, we report the measurement of logical qubit performance scaling
across multiple code sizes, and demonstrate that our system of superconducting
qubits has sufficient performance to overcome the additional errors from
increasing qubit number. We find our distance-5 surface code logical qubit
modestly outperforms an ensemble of distance-3 logical qubits on average, both
in terms of logical error probability over 25 cycles and logical error per
cycle ($2.914\%\pm 0.016\%$ compared to $3.028\%\pm 0.023\%$). To investigate
damaging, low-probability error sources, we run a distance-25 repetition code
and observe a $1.7\times10^{-6}$ logical error per round floor set by a single
high-energy event ($1.6\times10^{-7}$ when excluding this event). We are able
to accurately model our experiment, and from this model we can extract error
budgets that highlight the biggest challenges for future systems. These results
mark the first experimental demonstration where quantum error correction begins
to improve performance with increasing qubit number, illuminating the path to
reaching the logical error rates required for computation.
- Abstract(参考訳): 現実的な量子コンピューティングは、物理量子ビットで達成可能なよりもはるかに低い誤差率を必要とする。
量子誤り訂正は、多くの物理量子ビット内で論理量子ビットを符号化することでアルゴリズム的に関連するエラー率への経路を提供する。
しかし、より多くの量子ビットを導入することでエラーソースの数も増加するため、コードサイズの増加とともに論理的性能が向上するためには、エラーの密度が十分に低くなければならない。
本稿では,複数のコードサイズにまたがる論理的な量子ビット性能の測定を報告し,量子ビット数の増加による追加誤差を克服するのに十分な性能を有することを実証する。
距離5の表面符号の論理量子ビットは、25サイクル以上の論理誤差確率と2.914\%\pm 0.016\%$($3.028\%\pm 0.023\%$)の論理誤差の両面において、平均で3の論理量子ビットのアンサンブルをわずかに上回る。
低確率誤差源の損傷を調べるため、我々は距離25の繰り返しコードを実行し、1つの高エネルギーイベント(1.6\times10^{-7}$)によって設定されたラウンドフロア当たりの論理誤差を1.7\times10^{-6}$で観測する。
実験を正確にモデル化することができ、このモデルから将来のシステムにおける最大の課題を浮き彫りにするエラー予算を抽出することができます。
これらの結果は、量子誤差補正が量子ビット数を増加させ、計算に必要な論理誤差率に達する道筋を照らして性能を向上させる最初の実験である。
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