論文の概要: Overcoming leakage in scalable quantum error correction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.04728v1
• Date: Wed, 9 Nov 2022 07:54:35 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-19 20:48:30.254014
• Title: Overcoming leakage in scalable quantum error correction
• Title（参考訳）: スケーラブルな量子誤り訂正における漏洩の克服
• Authors: Kevin C. Miao, Matt McEwen, Juan Atalaya, Dvir Kafri, Leonid P. Pryadko, Andreas Bengtsson, Alex Opremcak, Kevin J. Satzinger, Zijun Chen, Paul V. Klimov, Chris Quintana, Rajeev Acharya, Kyle Anderson, Markus Ansmann, Frank Arute, Kunal Arya, Abraham Asfaw, Joseph C. Bardin, Alexandre Bourassa, Jenna Bovaird, Leon Brill, Bob B. Buckley, David A. Buell, Tim Burger, Brian Burkett, Nicholas Bushnell, Juan Campero, Ben Chiaro, Roberto Collins, Paul Conner, Alexander L. Crook, Ben Curtin, Dripto M. Debroy, Sean Demura, Andrew Dunsworth, Catherine Erickson, Reza Fatemi, Vinicius S. Ferreira, Leslie Flores Burgos, Ebrahim Forati, Austin G. Fowler, Brooks Foxen, Gonzalo Garcia, William Giang, Craig Gidney, Marissa Giustina, Raja Gosula, Alejandro Grajales Dau, Jonathan A. Gross, Michael C. Hamilton, Sean D. Harrington, Paula Heu, Jeremy Hilton, Markus R. Hoffmann, Sabrina Hong, Trent Huang, Ashley Huff, Justin Iveland, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Cody Jones, Julian Kelly, Seon Kim, Fedor Kostritsa, John Mark Kreikebaum, David Landhuis, Pavel Laptev, Lily Laws, Kenny Lee, Brian J. Lester, Alexander T. Lill, Wayne Liu, Aditya Locharla, Erik Lucero, Steven Martin, Anthony Megrant, Xiao Mi, Shirin Montazeri, Alexis Morvan, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Charles Neill, Ani Nersisyan, Michael Newman, Jiun How Ng, Anthony Nguyen, Murray Nguyen, Rebecca Potter, Charles Rocque, Pedram Roushan, Kannan Sankaragomathi, Christopher Schuster, Michael J. Shearn, Aaron Shorter, Noah Shutty, Vladimir Shvarts, Jindra Skruzny, W. Clarke Smith, George Sterling, Marco Szalay, Douglas Thor, Alfredo Torres, Theodore White, Bryan W. K. Woo, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Juhwan Yoo, Grayson Young, Adam Zalcman, Ningfeng Zhu, Nicholas Zobrist, Hartmut Neven, Vadim Smelyanskiy, Andre Petukhov, Alexander N. Korotkov, Daniel Sank, and Yu Chen
• Abstract要約: 計算状態から高エネルギー状態への量子情報の漏洩は、量子誤り訂正(QEC)の追求における大きな課題である。 本稿では,Sycamore量子プロセッサ上で,各サイクルの全てのキュービットから漏れが除去される距離3曲面符号と距離21ビットフリップ符号の実行を実演する。 本報告では, 論理状態を符号化したデータキュービットにおける定常リーク集団の10倍の減少と, デバイス全体の平均リーク人口の1/10〜3ドルの減少を報告した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 128.39402546769284
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Leakage of quantum information out of computational states into higher energy states represents a major challenge in the pursuit of quantum error correction (QEC). In a QEC circuit, leakage builds over time and spreads through multi-qubit interactions. This leads to correlated errors that degrade the exponential suppression of logical error with scale, challenging the feasibility of QEC as a path towards fault-tolerant quantum computation. Here, we demonstrate the execution of a distance-3 surface code and distance-21 bit-flip code on a Sycamore quantum processor where leakage is removed from all qubits in each cycle. This shortens the lifetime of leakage and curtails its ability to spread and induce correlated errors. We report a ten-fold reduction in steady-state leakage population on the data qubits encoding the logical state and an average leakage population of less than $1 \times 10^{-3}$ throughout the entire device. The leakage removal process itself efficiently returns leakage population back to the computational basis, and adding it to a code circuit prevents leakage from inducing correlated error across cycles, restoring a fundamental assumption of QEC. With this demonstration that leakage can be contained, we resolve a key challenge for practical QEC at scale.
• Abstract（参考訳）: 計算状態から高エネルギー状態への量子情報の漏洩は、量子誤り訂正(QEC)の追求における大きな課題である。 qec回路では、リークは時間とともに発生し、マルチキュービットインタラクションを通じて拡散する。 これにより、論理的誤りの指数的抑制をスケールで低下させる相関エラーが発生し、フォールトトレラント量子計算への道のりとしてQECが実現可能であることに挑戦する。 本稿では,Sycamore量子プロセッサ上で,各サイクルの全てのキュービットから漏れが除去される距離3曲面符号と距離21ビットフリップ符号の実行を実演する。 これはリークの寿命を短縮し、相関エラーを拡散し誘発する能力を短縮する。 本報告では, 論理状態を符号化したデータキュービットにおける定常リーク集団の10倍の減少と, デバイス全体で平均リーク人口が1ドル未満であることを示す。 漏洩除去プロセス自体は、漏洩人口を計算ベースに効率良く戻り、それをコード回路に付加することで、サイクル間で相関したエラーを引き起こすことを防止し、qecの基本的な仮定を復元する。 リークを封じ込めたこの実証により,大規模運用におけるqecの重要な課題が解決される。

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