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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