論文の概要: A new twist on the Majorana surface code: Bosonic and fermionic defects
for fault-tolerant quantum computation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.11777v2
- Date: Fri, 7 Jul 2023 09:55:52 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-10 15:54:23.304736
- Title: A new twist on the Majorana surface code: Bosonic and fermionic defects
for fault-tolerant quantum computation
- Title（参考訳）: マヨラナ表面符号の新しいツイスト:フォールトトレラント量子計算におけるボソニックおよびフェルミオン欠陥
- Authors: Campbell McLauchlan and Benjamin B\'eri
- Abstract要約: マヨラナゼロモード(MZM)は、位相的に保護された量子コンピューティングハードウェアの候補である。
我々は,MSC格子状量子ビットのツイスト欠陥が符号化対象の2倍の量を符号化可能であることを示す。
より少ない資源を用いて論理量子ビットと論理MZMを用いて普遍計算を行う方法を説明する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Majorana zero modes (MZMs) are promising candidates for
topologically-protected quantum computing hardware, however their large-scale
use will likely require quantum error correction. Majorana surface codes (MSCs)
have been proposed to achieve this. However, many MSC properties remain
unexplored. We present a unified framework for MSC "twist defects"
$\unicode{x2013}$ anyon-like objects encoding quantum information. We show that
twist defects in MSCs can encode twice the amount of topologically protected
information as in qubit-based codes or other MSC encoding schemes. This is due
to twists encoding both logical qubits and "logical MZMs," with the latter
enhancing the protection microscopic MZMs can offer. We explain how to perform
universal computation with logical qubits and logical MZMs while using far
fewer resources than in other MSC schemes. All Clifford gates can be
implemented on logical qubits by braiding twist defects. We introduce
lattice-surgery-based techniques for computing with logical MZMs and logical
qubits, achieving the effect of Clifford gates with zero time overhead. We also
show that logical MZMs result in an improved scaling of spatial overheads with
respect to code distance for all steps of the computation. Finally, we
introduce a novel MSC analogue of transversal gates that achieves encoded
Clifford gates in small codes by braiding microscopic MZMs. MSC twist defects
thus open new paths towards fault-tolerant quantum computation.
- Abstract（参考訳）: majorana zero modes (mzms) は、トポロジカル保護された量子コンピューティングハードウェアの候補として期待されているが、大規模な使用には量子エラー訂正が必要になる可能性が高い。
これを達成するために majorana surface codes (mscs) が提案されている。
しかし、多くのMSC特性は未解明のままである。
我々は,msc "twist defects" と "\unicode{x2013}$ anyon-like objects encoding quantum information" の統一フレームワークを提案する。
我々は,MSCのツイスト欠陥が,量子ビット符号や他のMSC符号化方式の2倍の位相的に保護された情報を符号化可能であることを示す。
これは、論理量子ビットと「論理的MZM」の両方をコードするツイストが原因であり、後者は保護顕微鏡のMZMが提供できるように拡張する。
論理量子ビットおよび論理MZMを用いて、他のMSC方式よりもはるかに少ないリソースを用いて、普遍計算を行う方法を説明する。
すべてのクリフォードゲートは、ツイスト欠陥をブレイディングすることで論理キュービット上で実装することができる。
我々は,論理的MZMと論理的量子ビットを用いた格子サージェリーに基づく計算手法を導入し,時間オーバーヘッドゼロのクリフォードゲートの効果を実現する。
また,論理mzmは計算の全てのステップに対してコード距離に関して空間的オーバーヘッドのスケーリングを改善することを示した。
最後に,mzmの微視的ブレイディングによりコード化されたクリフォードゲートを小さなコードで実現するトランスバーサルゲートのmscアナログを提案する。
したがって、mscツイスト欠陥はフォールトトレラント量子計算への新たな道を開く。
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