論文の概要: Implementing Fault-tolerant Entangling Gates on the Five-qubit Code and the Color Code

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.01863v1
• Date: Wed, 3 Aug 2022 06:20:13 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-02 14:11:39.672258
• Title: Implementing Fault-tolerant Entangling Gates on the Five-qubit Code and the Color Code
• Title（参考訳）: 5量子ビットコードとカラーコードにフォールトトレラントな絡み合いゲートを実装する
• Authors: C. Ryan-Anderson, N. C. Brown, M. S. Allman, B. Arkin, G. Asa-Attuah, C. Baldwin, J. Berg, J. G. Bohnet, S. Braxton, N. Burdick, J. P. Campora, A. Chernoguzov, J. Esposito, B. Evans, D. Francois, J. P. Gaebler, T. M. Gatterman, J. Gerber, K. Gilmore, D. Gresh, A. Hall, A. Hankin, J. Hostetter, D. Lucchetti, K. Mayer, J. Myers, B. Neyenhuis, J. Santiago, J. Sedlacek, T. Skripka, A. Slattery, R. P. Stutz, J. Tait, R. Tobey, G. Vittorini, J. Walker, and D. Hayes
• Abstract要約: 論理量子ビット上のフォールトトレラントエンタングゲートの2つの実装を比較した。 フォールトトレラント動作は、平均的な物理量子ビットSPAM忠実度よりも高い忠実度を達成する。
• 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 compare two different implementations of fault-tolerant entangling gates on logical qubits. In one instance, a twelve-qubit trapped-ion quantum computer is used to implement a non-transversal logical CNOT gate between two five qubit codes. The operation is evaluated with varying degrees of fault tolerance, which are provided by including quantum error correction circuit primitives known as flagging and pieceable fault tolerance. In the second instance, a twenty-qubit trapped-ion quantum computer is used to implement a transversal logical CNOT gate on two [[7,1,3]] color codes. The two codes were implemented on different but similar devices, and in both instances, all of the quantum error correction primitives, including the determination of corrections via decoding, are implemented during runtime using a classical compute environment that is tightly integrated with the quantum processor. For different combinations of the primitives, logical state fidelity measurements are made after applying the gate to different input states, providing bounds on the process fidelity. We find the highest fidelity operations with the color code, with the fault-tolerant SPAM operation achieving fidelities of 0.99939(15) and 0.99959(13) when preparing eigenstates of the logical X and Z operators, which is higher than the average physical qubit SPAM fidelities of 0.9968(2) and 0.9970(1) for the physical X and Z bases, respectively. When combined with a logical transversal CNOT gate, we find the color code to perform the sequence--state preparation, CNOT, measure out--with an average fidelity bounded by [0.9957,0.9963]. The logical fidelity bounds are higher than the analogous physical-level fidelity bounds, which we find to be [0.9850,0.9903], reflecting multiple physical noise sources such as SPAM errors for two qubits, several single-qubit gates, a two-qubit gate and some amount of memory error.
• Abstract（参考訳）: 論理量子ビット上のフォールトトレラントエンタングゲートの2つの実装を比較した。 例えば、12量子ビットのトラップイオン量子コンピュータは、2つの5量子ビット符号間の非変換論理cnotゲートを実装するために使用される。 この動作は、フラグ付けや分割可能なフォールトトレランスとして知られる量子誤差補正回路プリミティブを含む、さまざまなフォールトトレランスの度合いで評価される。 第2の例では、2つの[[7,1,3]]カラーコード上の横断的論理cnotゲートを実装するために、20量子ビットのトラップイオン量子コンピュータが使用される。 2つの符号は異なるが類似したデバイスで実装され、どちらの場合も、復号による訂正決定を含む全ての量子エラー補正プリミティブは、量子プロセッサと密に統合された古典的な計算環境を使用して実行中に実装される。 プリミティブの異なる組み合わせでは、ゲートを異なる入力状態に適用した後、論理状態忠実度の測定が行われ、プロセス忠実度の境界が与えられる。 論理XとZ演算子の固有状態を作成するとき, 耐故障SPAM演算は 0.99939(15) と 0.99959(13) であり, 物理X と Z のそれぞれ平均物理量子ビットSPAM 忠実度 0.9968(2) と 0.9970(1) より高い値である。 論理横断型cnotゲートと組み合わせると、色コードは[0.9957,0.9963]でバインドされた平均忠実度で、シーケンス状態準備(cnot, measure out-out-)を実行する。 論理フィデリティ境界は、[0.9850,0.9903]の類似の物理レベルフィデリティ境界よりも高く、2キュービットのSPAM誤差、複数の単一キュービットゲート、2キュービットゲート、ある程度のメモリエラーなどの物理ノイズ源を反映している。

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