論文の概要: Measurement-free fault-tolerant quantum error correction in near-term devices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.13296v1
• Date: Tue, 25 Jul 2023 07:22:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-26 18:04:18.133615
• Title: Measurement-free fault-tolerant quantum error correction in near-term devices
• Title（参考訳）: 近距離デバイスにおける測定フリーフォールトトレラント量子誤差補正
• Authors: Sascha Heu{\ss}en and David F. Locher and Markus M\"uller
• Abstract要約: キュービットを測定する必要なしにQECサイクルを実行するための新しいスキームを提供する。 フラグキュービットベースのECサイクルと比較して,提案方式の論理的故障率をベンチマークする。 イオントラップや中性原子をツイーザーアレイで実装する方法について概説する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Logical qubits can be protected from decoherence by performing QEC cycles repeatedly. Algorithms for fault-tolerant QEC must be compiled to the specific hardware platform under consideration in order to practically realize a quantum memory that operates for in principle arbitrary long times. All circuit components must be assumed as noisy unless specific assumptions about the form of the noise are made. Modern QEC schemes are challenging to implement experimentally in physical architectures where in-sequence measurements and feed-forward of classical information cannot be reliably executed fast enough or even at all. Here we provide a novel scheme to perform QEC cycles without the need of measuring qubits that is fully fault-tolerant with respect to all components used in the circuit. Our scheme can be used for any low-distance CSS code since its only requirement towards the underlying code is a transversal CNOT gate. Similarly to Steane-type EC, we coherently copy errors to a logical auxiliary qubit but then apply a coherent feedback operation from the auxiliary system to the logical data qubit. The logical auxiliary qubit is prepared fault-tolerantly without measurements, too. We benchmark logical failure rates of the scheme in comparison to a flag-qubit based EC cycle. We map out a parameter region where our scheme is feasible and estimate physical error rates necessary to achieve the break-even point of beneficial QEC with our scheme. We outline how our scheme could be implemented in ion traps and with neutral atoms in a tweezer array. For recently demonstrated capabilities of atom shuttling and native multi-atom Rydberg gates, we achieve moderate circuit depths and beneficial performance of our scheme while not breaking fault tolerance. These results thereby enable practical fault-tolerant QEC in hardware architectures that do not support mid-circuit measurements.
• Abstract（参考訳）: 論理キュービットはQECサイクルを繰り返し実行することによりデコヒーレンスから保護することができる。 フォールトトレラントQECのアルゴリズムは、原則として任意の時間に動作する量子メモリを現実的に実現するために、特定のハードウェアプラットフォームにコンパイルされなければならない。 すべての回路部品は、ノイズの形態に関する特定の仮定がない限り、ノイズと仮定されなければならない。 現代QECスキームは、インシーケンス計測や古典情報のフィードフォワードが十分に高速あるいは全く高速に実行できない物理アーキテクチャにおいて実験的に実装することが困難である。 ここでは、回路で使用される全てのコンポーネントに対して完全にフォールトトレラントなキュービットを測定することなく、QECサイクルを実行するための新しいスキームを提供する。 私たちのスキームは、基礎となるコードに対する唯一の要件が横断的なcnotゲートであるため、あらゆる低距離cssコードで使用できます。 Steane-type EC と同様に、エラーを論理補助量子ビットにコヒーレントにコピーし、補助システムから論理データ量子ビットへのコヒーレントフィードバック操作を適用する。 論理補助キュービットは、測定なしでもフォールトトレラントに準備される。 フラグキュービットベースのECサイクルと比較して,提案方式の論理的故障率をベンチマークする。 提案手法では,本手法が実現可能なパラメータ領域をマップし,有益QECの破局点を達成するために必要な物理誤差率を推定する。 我々は, イオントラップや中性原子をトウィーザーアレイに実装する方法について概説する。 最近実証された原子シャットリングとネイティブマルチ原子ライドバーグゲートの能力について、故障耐性を損なうことなく、回路深度とスキームの有益な性能を達成する。 これにより、中間回路計測をサポートしないハードウェアアーキテクチャにおいて、実用的なフォールトトレラントQECを実現することができる。

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