論文の概要: Better Than Worst-Case Decoding for Quantum Error Correction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.08547v2
• Date: Tue, 25 Oct 2022 05:17:42 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-30 20:11:48.506552
• Title: Better Than Worst-Case Decoding for Quantum Error Correction
• Title（参考訳）: 量子誤り訂正のための最悪のデコード
• Authors: Gokul Subramanian Ravi, Jonathan M. Baker, Arash Fayyazi, Sophia Fuhui Lin, Ali Javadi-Abhari, Massoud Pedram and Frederic T. Chong
• Abstract要約: 超伝導量子システム上での自明な共通ケースエラーを復号し修正するための軽量デコーダを提案する。 デコーダはSFQロジック用に実装されている。 以前のオフチップ帯域削減技術よりも10～000倍の帯域幅削減を実現している。 以前のオンチップのみのデコードに比べて、15-37倍のリソースオーバーヘッド削減を実現している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.943255454097062
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The overheads of classical decoding for quantum error correction on superconducting quantum systems grow rapidly with the number of logical qubits and their correction code distance. Decoding at room temperature is bottle-necked by refrigerator I/O bandwidth while cryogenic on-chip decoding is limited by area/power/thermal budget. To overcome these overheads, we are motivated by the observation that in the common case, error signatures are fairly trivial with high redundancy/sparsity, since the error correction codes are over-provisioned to correct for uncommon worst-case complex scenarios (to ensure substantially low logical error rates). If suitably exploited, these trivial signatures can be decoded and corrected with insignificant overhead, thereby alleviating the bottlenecks described above, while still handling the worst-case complex signatures by state-of-the-art means. Our proposal, targeting Surface Codes, consists of: 1) Clique: A lightweight decoder for decoding and correcting trivial common-case errors, designed for the cryogenic domain. The decoder is implemented for SFQ logic. 2) A statistical confidence-based technique for off-chip decoding bandwidth allocation, to efficiently handle rare complex decodes which are not covered by the on-chip decoder. 3) A method for stalling circuit execution, for the worst-case scenarios in which the provisioned off-chip bandwidth is insufficient to complete all requested off-chip decodes. In all, our proposal enables 70-99+% off-chip bandwidth elimination across a range of logical and physical error rates, without significantly sacrificing the accuracy of state-of-the-art off-chip decoding. By doing so, it achieves 10-10000x bandwidth reduction over prior off-chip bandwidth reduction techniques. Furthermore, it achieves a 15-37x resource overhead reduction compared to prior on-chip-only decoding.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子系における量子誤差補正のための古典復号のオーバーヘッドは、論理量子ビット数とその補正符号距離によって急速に増大する。 室温でのデコーディングは冷蔵庫i/o帯域幅でボトルネックされ、極低温オンチップデコーディングは面積/電力/熱予算によって制限される。 これらのオーバーヘッドを克服するために、我々は、エラー訂正符号が異常なケースの複雑なシナリオ(論理的エラー率を著しく低くするために)に対してオーバープロビジョンされるため、一般的な場合、エラーシグネチャは高い冗長性/疎結合でかなり自明である、という観察に動機づけられる。 適当に活用すれば、これらの自明なシグネチャを復号・修正して、上述のボトルネックを軽減し、最先端の手段で最悪の複雑なシグネチャを処理することができる。 1) Clique: 低温領域用に設計された,簡単な共通ケースエラーのデコードと修正のための軽量デコーダ。 デコーダはSFQロジック用に実装されている。 2)オフチップデコード帯域割り当ての統計的信頼性に基づく手法により,オンチップデコーダでカバーされていない稀な複雑なデコードを処理する。 3)オフチップの帯域幅が不足している最悪の場合において,要求されたオフチップのデコードをすべて完了させる回路実行を停止させる手法。 全体としては,オフチップデコーディングの精度を著しく損なうことなく,論理的および物理的エラー率の範囲で70-99+%オフチップ帯域幅の除去を可能にする。 これにより、以前のオフチップ帯域削減技術よりも10～000倍の帯域幅削減を実現する。 さらに、15-37倍のリソースオーバーヘッド削減を実現している。

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