論文の概要: Partially Fault-tolerant Quantum Computing Architecture with
Error-corrected Clifford Gates and Space-time Efficient Analog Rotations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.13181v1
- Date: Thu, 23 Mar 2023 11:21:41 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-24 14:47:31.239016
- Title: Partially Fault-tolerant Quantum Computing Architecture with
Error-corrected Clifford Gates and Space-time Efficient Analog Rotations
- Title（参考訳）: 誤差補正クリフォードゲートと時空効率的なアナログ回転をもつ部分フォールトトレラント量子コンピューティングアーキテクチャ
- Authors: Yutaro Akahoshi, Kazunori Maruyama, Hirotaka Oshima, Shintaro Sato,
Keisuke Fujii
- Abstract要約: NISQとFTQCのギャップを埋めるための量子コンピューティングアーキテクチャを提案する。
初期のFTQCデバイスでは、約1.72ドル 107ドル クリフォード演算と3.75ドル 104ドル 任意の回転を64個の論理量子ビット上で行うことができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5658123802733283
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computers are expected to bring drastic acceleration to several
computing tasks against classical computers. Noisy intermediate-scale quantum
(NISQ) devices, which have tens to hundreds of noisy physical qubits, are
gradually becoming available, but it is still challenging to achieve useful
quantum advantages in meaningful tasks at this moment. On the other hand, the
full fault-tolerant quantum computing (FTQC) based on the quantum error
correction (QEC) code remains far beyond realization due to its extremely large
requirement of high-precision physical qubits. In this study, we propose a
quantum computing architecture to close the gap between NISQ and FTQC. Our
architecture is based on erroneous arbitrary rotation gates and error-corrected
Clifford gates implemented by lattice surgery. We omit the typical distillation
protocol to achieve direct analog rotations and small qubit requirements, and
minimize the remnant errors of the rotations by a carefully-designed state
injection protocol. Our estimation based on numerical simulations shows that,
for early-FTQC devices that consist of $10^4$ physical qubits with physical
error probability $p = 10^{-4}$, we can perform roughly $1.72 \times 10^7$
Clifford operations and $3.75 \times 10^4$ arbitrary rotations on 64 logical
qubits. Such computations cannot be realized by the existing NISQ and FTQC
architectures on the same device, as well as classical computers. We hope that
our proposal and the corresponding development of quantum algorithms based on
it bring new insights on realization of practical quantum computers in future.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは、古典的コンピュータに対するいくつかの計算タスクに劇的な加速をもたらすことが期待されている。
数十から数百の物理量子ビットを持つノイズのある中間スケール量子(NISQ)デバイスは徐々に利用可能になりつつあるが、現時点では有意義なタスクにおいて有用な量子優位性を達成することは難しい。
一方、量子誤り訂正(QEC)符号に基づく完全なフォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)は、高精度な物理量子ビットの要求が極端に大きいため、実現には至っていない。
本研究では,NISQとFTQCのギャップを埋めるための量子コンピューティングアーキテクチャを提案する。
本アーキテクチャは, 格子手術による誤回転ゲートと誤差補正クリフォードゲートに基づく。
従来の蒸留プロトコルを省略し, 直接アナログ回転と小型キュービット要求を達成し, 慎重に設計した状態注入プロトコルにより回転残差を最小化する。
数値シミュレーションに基づく推定では、物理エラー確率$p = 10^{-4}$の10^4$物理量子ビットからなる初期のftqcデバイスでは、約1.72 \times 10^7$ clifford演算と3.75 \times 10^4$任意の回転を64論理量子ビット上で行うことができる。
このような計算は、同じデバイス上の既存のnisqおよびftqcアーキテクチャや、古典的なコンピュータでは実現できない。
我々は,我々の提案とそれに基づく量子アルゴリズムの開発が,将来実用的な量子コンピュータの実現に関する新たな洞察をもたらすことを期待している。
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