論文の概要: High-threshold and low-overhead fault-tolerant quantum memory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.07915v2
• Date: Wed, 21 Feb 2024 00:30:47 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-02-22 20:56:23.060823
• Title: High-threshold and low-overhead fault-tolerant quantum memory
• Title（参考訳）: 高thresholdおよび低オーバヘッドフォールトトレラント量子メモリ
• Authors: Sergey Bravyi, Andrew W. Cross, Jay M. Gambetta, Dmitri Maslov, Patrick Rall, and Theodore J. Yoder
• Abstract要約: 符号化率の高いLDPC符号群に基づくエンドツーエンドの量子誤り訂正プロトコルを提案する。 12個の論理量子ビットを288個の物理量子ビットを用いて100万回近くのシンドロームサイクルで保存できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.91491092996493
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum error correction becomes a practical possibility only if the physical error rate is below a threshold value that depends on a particular quantum code, syndrome measurement circuit, and decoding algorithm. Here we present an end-to-end quantum error correction protocol that implements fault-tolerant memory based on a family of LDPC codes with a high encoding rate that achieves an error threshold of $0.8\%$ for the standard circuit-based noise model. This is on par with the surface code which has remained an uncontested leader in terms of its high error threshold for nearly 20 years. The full syndrome measurement cycle for a length-$n$ code in our family requires $n$ ancillary qubits and a depth-7 circuit composed of nearest-neighbor CNOT gates. The required qubit connectivity is a degree-6 graph that consists of two edge-disjoint planar subgraphs. As a concrete example, we show that 12 logical qubits can be preserved for nearly one million syndrome cycles using 288 physical qubits in total, assuming the physical error rate of $0.1\%$. We argue that achieving the same level of error suppression on 12 logical qubits with the surface code would require nearly 3000 physical qubits. Our findings bring demonstrations of a low-overhead fault-tolerant quantum memory within the reach of near-term quantum processors.
• Abstract（参考訳）: 量子誤差補正は、物理誤差率が特定の量子コード、シンドローム測定回路、復号アルゴリズムに依存するしきい値以下である場合に限り、実用的な可能性となる。 本稿では、標準回路ベースノイズモデルに対して、誤り閾値が0.8\%のLDPC符号のファミリに基づいて、フォールトトレラントメモリを実装したエンドツーエンドの量子誤り訂正プロトコルを提案する。 これは、20年近くにわたって高いエラーしきい値の点で、未証明のリーダのままである表面コードと同等です。 われわれの家族では、長さn$のコードに対する完全なシンドロームの測定サイクルは、n$アンシラリーキュービットと最寄りのcnotゲートからなる深さ7回路を必要とする。 必要となるqubit接続は、2つのエッジ非結合平面グラフからなる次数6グラフである。 具体例として、288個の物理量子ビットを用いて100万のシンドロームサイクルで12個の論理量子ビットを保存できることを示す。 我々は、表面コードで12の論理キュービットで同じレベルのエラー抑制を達成するには、3000近い物理キュービットが必要であると主張している。 我々の発見は、短期量子プロセッサの範囲内で、低オーバーヘッドのフォールトトレラント量子メモリのデモンストレーションをもたらす。

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