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/2211.11777v3
- Date: Tue, 14 May 2024 16:50:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-15 20:19:44.757769
- 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, Benjamin Béri,
- 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。
MSC符号のツイストは量子ビットの2倍の量を符号化できることを示す。
我々は、より少ないリソースを用いて、普遍的な論理量子ビットと論理的MZMを実行する方法を説明する。
- 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 potentially 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 may result in improved spatial overheads for sufficiently low rates of quasi-particle poisoning. 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）: マヨラナゼロモード(MZM)は、トポロジカル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として期待されているが、大規模な使用は量子エラーの修正を必要とする可能性が高い。
マヨラナ表面符号(MSC)は、これを実現するために提案されている。
しかし、多くのMSC特性は未解明のままである。
我々は,MSC の "twist defects" $\unicode{x2013}$ anyon-like objects に対する統一的なフレームワークを提案する。
我々は,MSCのツイスト欠陥が,量子ビットベースの符号や他のMSC符号化方式のように,位相的に保護された情報の2倍の量を符号化できることを示した。
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。
論理量子ビットと論理的MZM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によって論理キュービットに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,MZMsの空間的オーバーヘッドが改善し,準粒子中毒の発生率が十分に低下することが示唆された。
最後に、マイクロMZMをブレイディングすることで、小さな符号でクリフォードゲートを符号化するトランスバーサルゲートのMSCアナログを導入する。
これにより、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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