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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