Fugu-MT 論文翻訳(概要): Constant-Overhead Fault-Tolerant Quantum Computation with Reconfigurable Atom Arrays

論文の概要: Constant-Overhead Fault-Tolerant Quantum Computation with Reconfigurable Atom Arrays

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.08648v1
Date: Wed, 16 Aug 2023 19:47:17 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2023-08-21 18:55:47.529908
Title: Constant-Overhead Fault-Tolerant Quantum Computation with Reconfigurable Atom Arrays
Title（参考訳）: 再構成可能なアトムアレイを用いた定常オーバーヘッドフォールトトレラント量子計算
Authors: Qian Xu, J. Pablo Bonilla Ataides, Christopher A. Pattison, Nithin Raveendran, Dolev Bluvstein, Jonathan Wurtz, Bane Vasic, Mikhail D. Lukin, Liang Jiang, and Hengyun Zhou
Abstract要約: 再構成可能な原子配列上の高速qLDPC符号を用いて、フォールトトレラントな量子計算を行うハードウェア効率の手法を提案する。本研究は,qLDPC符号を用いた低オーバヘッド量子コンピューティングの実用化への道を開くものである。
参考スコア（独自算出の注目度）: 5.542275446319411
License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
Abstract: Quantum low-density parity-check (qLDPC) codes can achieve high encoding rates and good code distance scaling, providing a promising route to low-overhead fault-tolerant quantum computing. However, the long-range connectivity required to implement such codes makes their physical realization challenging. Here, we propose a hardware-efficient scheme to perform fault-tolerant quantum computation with high-rate qLDPC codes on reconfigurable atom arrays, directly compatible with recently demonstrated experimental capabilities. Our approach utilizes the product structure inherent in many qLDPC codes to implement the non-local syndrome extraction circuit via atom rearrangement, resulting in effectively constant overhead in practically relevant regimes. We prove the fault tolerance of these protocols, perform circuit-level simulations of memory and logical operations with these codes, and find that our qLDPC-based architecture starts to outperform the surface code with as few as several hundred physical qubits at a realistic physical error rate of $10^{-3}$. We further find that less than 3000 physical qubits are sufficient to obtain over an order of magnitude qubit savings compared to the surface code, and quantum algorithms involving thousands of logical qubits can be performed using less than $10^5$ physical qubits. Our work paves the way for explorations of low-overhead quantum computing with qLDPC codes at a practical scale, based on current experimental technologies.
Abstract（参考訳）: 量子低密度パリティチェック(qLDPC)符号は高い符号化レートと優れたコード距離のスケーリングを実現し、低オーバーヘッドフォールトトレラント量子コンピューティングへの有望な経路を提供する。しかし、そのようなコードを実装するのに必要な長距離接続は、物理的な実現を困難にしている。本稿では、再構成可能な原子配列上での高速qLDPC符号を用いたフォールトトレラント量子計算を行うハードウェア効率のよい手法を提案する。提案手法は,多くのqLDPC符号に固有の積構造を利用して,原子再構成による非局所症候群抽出回路を実装し,実用上,一定のオーバーヘッドが生じる。我々はこれらのプロトコルのフォールトトレランスを証明し、メモリと論理演算の回路レベルシミュレーションを行い、qLDPCベースのアーキテクチャが現実的な物理誤差率10-3$で数百の物理量子ビットで表面コードを上回り始めることを発見した。さらに、3000以上の物理量子ビットは、表面符号と比較して1桁以上の量子ビットの節約が得られるのに十分であり、数千の論理量子ビットを含む量子アルゴリズムは10^5$物理量子ビット以下で行うことができる。我々の研究は、現在の実験技術に基づいて、qLDPC符号を用いた低オーバヘッド量子コンピューティングの実用化の道を開いた。

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