論文の概要: Strategies for practical advantage of fault-tolerant circuit design in
noisy trapped-ion quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.10017v1
- Date: Tue, 24 Jan 2023 14:01:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-25 13:35:33.146846
- Title: Strategies for practical advantage of fault-tolerant circuit design in
noisy trapped-ion quantum computers
- Title（参考訳）: 雑音型トラップイオン量子コンピュータにおける耐故障回路設計の実用化戦略
- Authors: Sascha Heu{\ss}en, Lukas Postler, Manuel Rispler, Ivan Pogorelov,
Christian D. Marciniak, Thomas Monz, Philipp Schindler and Markus M\"uller
- Abstract要約: トラップイオン量子コンピュータにおける耐故障ユニバーサルゲートの最近の実演について述べる。
耐故障性量子演算の破断点を評価するための様々な基準が、イオントラップ量子コンピューティングアーキテクチャの到達範囲内にあることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3974342259149322
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Fault-tolerant quantum error correction provides a strategy to protect
information processed by a quantum computer against noise which would otherwise
corrupt the data. A fault-tolerant universal quantum computer must implement a
universal gate set on the logical level in order to perform arbitrary
calculations to in principle unlimited precision. We characterize the recent
demonstration of a fault-tolerant universal gate set in a trapped-ion quantum
computer [Postler et al. Nature 605.7911 (2022)] and identify aspects to
improve the design of experimental setups to reach an advantage of logical over
physical qubit operation. We show that various criteria to assess the
break-even point for fault-tolerant quantum operations are within reach for the
ion trap quantum computing architecture under consideration. We analyze the
influence of crosstalk in entangling gates for logical state preparation
circuits. These circuits can be designed to respect fault tolerance for
specific microscopic noise models. We find that an experimentally-informed
depolarizing noise model captures the essential noise dynamics of the
fault-tolerant experiment, and crosstalk is negligible in the currently
accessible regime of physical error rates. For deterministic Pauli state
preparation, we provide a fault-tolerant unitary logical qubit initialization
circuit, which can be realized without in-sequence measurement and feed-forward
of classical information. We show that non-deterministic state preparation
schemes for logical Pauli and magic states perform with higher logical fidelity
over their deterministic counterparts for the current and anticipated future
regime of physical error rates. Our results offer guidance on improvements of
physical qubit operations and validate the experimentally-informed noise model
as a tool to predict logical failure rates in quantum computing architectures
based on trapped ions.
- Abstract（参考訳）: フォールトトレラントな量子エラー補正は、量子コンピュータが処理する情報をノイズから保護する戦略を提供する。
フォールトトレラントなユニバーサル量子コンピュータは、原理的に無限の精度で任意の計算を行うために論理レベルでユニバーサルゲートセットを実装しなければならない。
我々は,トラップイオン量子コンピュータ [Postler et al. Nature 605.7911 (2022)] に設定された耐故障性普遍ゲートの最近のデモを特徴付け,物理量子ビット演算の論理的利点を享受するために実験装置の設計を改善するための側面を特定する。
故障耐性量子演算の分岐点を評価するための様々な基準が、イオントラップ量子コンピューティングアーキテクチャについて検討中であることを示す。
論理状態形成回路の絡み合いゲートにおけるクロストークの影響を解析した。
これらの回路は、特定の微視的ノイズモデルに対するフォールトトレランスを尊重するように設計することができる。
実験的なインフォームド・デポーラライズノイズモデルでは, 耐故障試験の本質的なノイズダイナミクスが捉えられ, クロストークは現在の物理的誤り率の状況では無視できないことがわかった。
決定論的パウリ状態の準備のために、古典情報のインシーケンス計測やフィードフォワードなしで実現できるフォールトトレラントな論理量子化初期化回路を提供する。
論理ポーリ状態と魔法状態に対する非決定論的状態生成スキームは,現在および予測される物理誤差率の予測値よりも高い論理的忠実性を持つことを示した。
本研究は,物理量子ビット演算の改善に関するガイダンスを提供し,実験的に変形したノイズモデルを,閉じ込められたイオンに基づく量子コンピュータアーキテクチャの論理的故障率を予測するツールとして検証する。
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