論文の概要: Empirical overhead of the adapted surface code on defective qubit arrays
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.00138v1
- Date: Sat, 29 Apr 2023 01:06:52 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-02 17:02:11.134017
- Title: Empirical overhead of the adapted surface code on defective qubit arrays
- Title（参考訳）: 欠陥量子ビットアレイ上の適応型表面コードの経験的オーバーヘッド
- Authors: Sophia Fuhui Lin, Joshua Viszlai, Kaitlin N. Smith, Gokul Subramanian
Ravi, Charles Yuan, Frederic T. Chong, Benjamin J. Brown
- Abstract要約: 我々は、任意に分散した欠陥を持つキュービットアレイに適応した表面コードをシミュレートし、欠陥が忠実性にどう影響するかを特徴付けるメトリクスを見つける。
次に、フォールトトレラントな量子コンピュータを実現する際のリソースオーバーヘッドに対する欠陥の影響を判定する。
欠陥率と目標忠実度に基づいて最適なチップレットサイズを選択することは、欠陥による追加のエラー修正オーバーヘッドを制限するのに不可欠である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.343142244698041
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The realization of fault-tolerant quantum computers using solid-state
hardware will require us to adapt our quantum error correction procedure to
account for fabrication variation and defects that will invariably arise. If
unaddressed, these errors inhibit us from scaling our system such that quantum
information can be processed with sufficiently small failure rates. We simulate
the surface code adapted to qubit arrays with arbitrarily distributed defects
to find metrics that characterize how defects affect fidelity. We then
determine the impact of defects on the resource overhead of realizing a
fault-tolerant quantum computer, on a chiplet-based modular architecture. Our
strategy for dealing with fabrication defects demonstrates an exponential
suppression of logical failure where error rates of non-faulty physical qubits
are $\sim 0.1\%$ in a circuit-based noise model. This is a typical regime where
we imagine running the defect-free surface code. We use our numerical results
to establish post-selection criteria for building a device from defective
chiplets. Using our criteria, we then evaluate the resource overhead in terms
of the average number of fabricated physical qubits per logical qubit. We find
that an optimal choice of chiplet size, based on the defect rate and target
fidelity, is essential to limiting any additional error correction overhead due
to defects. When the optimal chiplet size is chosen, at a defect rate of $1\%$
the resource overhead can be reduced to below 3X and 6X respectively for the
two defect models we use, for a wide range of target performance. We also
determine cutoff fidelity values that help identify whether a qubit should be
disabled or kept as part of the error correction code.
- Abstract（参考訳）: 固体ハードウェアを用いたフォールトトレラント量子コンピュータの実現には、常に発生する製造のばらつきや欠陥を考慮した量子エラー訂正手順を適用する必要があります。
非アドレスの場合、これらのエラーは、量子情報が十分に小さな障害率で処理できるように、システムをスケールすることを妨げます。
我々は、任意に分散した欠陥を持つキュービットアレイに適応した表面コードをシミュレートし、欠陥が忠実性に与える影響を特徴づける指標を見つける。
次に、フォールトトレラントな量子コンピュータを実現する際のリソースオーバーヘッドに対する欠陥の影響をチップレットベースのモジュラーアーキテクチャで決定する。
回路ベースノイズモデルにおいて,非フーティ物理量子ビットの誤差レートが$\sim 0.1\%$であるような論理的故障の指数関数的抑制を示す。
これは、欠陥のないsurfaceコードを実行するような典型的な仕組みです。
我々は,欠陥チップレットからデバイスを構築するための選択後基準を確立するために,数値結果を用いた。
この基準を用いて,論理キュービット当たりの物理キュービットの平均個数の観点から,資源のオーバーヘッドを評価する。
欠陥率と目標忠実度に基づいて最適なチップレットサイズを選択することは、欠陥による追加のエラー修正オーバーヘッドを制限するのに不可欠である。
最適なチップレットサイズを選択すると、リソースオーバーヘッドが1\%の欠陥率で、使用する2つの欠陥モデルに対してそれぞれ3Xと6X以下に削減され、幅広い目標性能を実現することができる。
また、qubitを無効にするか、エラー訂正コードの一部として保持すべきかを特定するのに役立つカットオフ忠実度値を判定する。
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