論文の概要: Modular decoding: parallelizable real-time decoding for quantum computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.04846v1
• Date: Wed, 8 Mar 2023 19:26:10 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-10 17:06:03.793805
• Title: Modular decoding: parallelizable real-time decoding for quantum computers
• Title（参考訳）: modular decoding: 量子コンピュータのための並列化可能なリアルタイムデコーディング
• Authors: H\'ector Bomb\'in, Chris Dawson, Ye-Hua Liu, Naomi Nickerson, Fernando Pastawski, Sam Roberts
• Abstract要約: リアルタイム量子計算は、ノイズの多い量子ハードウェアによって生成されたデータのストリームから論理的な結果を取り出すことができる復号アルゴリズムを必要とする。 本稿では,デコーディングの精度を犠牲にすることなく,最小限の追加通信でこの問題に対処できるモジュールデコーディングを提案する。 本稿では,格子探索型耐故障ブロックのモジュールデコーディングの具体例であるエッジ頂点分解について紹介する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 55.41644538483948
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Universal fault-tolerant quantum computation will require real-time decoding algorithms capable of quickly extracting logical outcomes from the stream of data generated by noisy quantum hardware. We propose modular decoding, an approach capable of addressing this challenge with minimal additional communication and without sacrificing decoding accuracy. We introduce the edge-vertex decomposition, a concrete instance of modular decoding for lattice-surgery style fault-tolerant blocks which is remarkably effective. This decomposition of the global decoding problem into sub-tasks mirrors the logical-block-network structure of a fault-tolerant quantum circuit. We identify the buffering condition as a key requirement controlling decoder quality; it demands a sufficiently large separation (buffer) between a correction committed by a decoding sub-task and the data unavailable to it. We prove that the fault distance of the protocol is preserved if the buffering condition is satisfied. Finally, we implement edge-vertex modular decoding and apply it on a variety of quantum circuits, including the Clifford component of the 15-to-1 magic-state distillation protocol. Monte Carlo simulations on a range of buffer sizes provide quantitative evidence that buffers are both necessary and sufficient to guarantee decoder accuracy. Our results show that modular decoding meets all the practical requirements necessary to support real-world fault-tolerant quantum computers.
• Abstract（参考訳）: 普遍的なフォールトトレラント量子計算では、ノイズの多い量子ハードウェアが生成するデータストリームから論理結果を抽出するリアルタイムデコードアルゴリズムが必要となる。 本稿では,デコーディングの精度を犠牲にすることなく,最小限の追加通信でこの問題に対処できるモジュールデコーディングを提案する。 エッジバーテックス分解 (edge-vertex decomposition) は, 格子サージスタイルのフォールトトレラントブロックに対するモジュラーデコーディングの具体例である。 このグローバルデコード問題のサブタスクへの分解は、フォールトトレラント量子回路の論理ブロックネットワーク構造を反映している。 バッファリング条件をデコーダの品質を制御するキー要件として識別し、デコードサブタスクによって行われる補正と、それで利用できないデータとの間に十分に大きな分離(バッファ)を必要とする。 バッファリング条件が満たされた場合には,プロトコルの障害距離が保持されることを示す。 最後に、エッジ頂点モジュラーデコーディングを実装し、15-to-1のマジックステート蒸留プロトコルのクリフォード成分を含む様々な量子回路に適用する。 様々なバッファサイズのモンテカルロシミュレーションは、バッファがデコーダの精度を保証するのに必要かつ十分であることを示す定量的証拠を提供する。 以上の結果から,実世界のフォールトトレラント量子コンピュータをサポートする上では,モジュラ復号化がすべての要件を満たすことがわかった。

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