論文の概要: A real-time, scalable, fast and highly resource efficient decoder for a
quantum computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.05558v1
- Date: Mon, 11 Sep 2023 15:46:27 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-12 12:01:16.928019
- Title: A real-time, scalable, fast and highly resource efficient decoder for a
quantum computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータのためのリアルタイム・スケーラブル・高速・高資源効率デコーダ
- Authors: Ben Barber, Kenton M. Barnes, Tomasz Bialas, Okan Bu\u{g}dayc{\i},
Earl T. Campbell, Neil I. Gillespie, Kauser Johar, Ram Rajan, Adam W.
Richardson, Luka Skoric, Canberk Topal, Mark L. Turner, Abbas B. Ziad
- Abstract要約: 両課題を克服するCollision Clusteringデコーダを導入します。
FPGAとASICの両方でデコーダを実装します。
我々のデコーダは高性能かつ資源効率の両面に最適化されており、ハードウェア上での実装はフォールトトレラントな量子コンピュータの実現に有効である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9479059801959495
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum computers promise to solve computing problems that are currently
intractable using traditional approaches. This can only be achieved if the
noise inevitably present in quantum computers can be efficiently managed at
scale. A key component in this process is a classical decoder, which diagnoses
the errors occurring in the system. If the decoder does not operate fast
enough, an exponential slowdown in the logical clock rate of the quantum
computer occurs. Additionally, the decoder must be resource efficient to enable
scaling to larger systems and potentially operate in cryogenic environments.
Here we introduce the Collision Clustering decoder, which overcomes both
challenges. We implement our decoder on both an FPGA and ASIC, the latter
ultimately being necessary for any cost-effective scalable solution. We
simulate a logical memory experiment on large instances of the leading quantum
error correction scheme, the surface code, assuming a circuit-level noise
model. The FPGA decoding frequency is above a megahertz, a stringent
requirement on decoders needed for e.g. superconducting quantum computers. To
decode an 881 qubit surface code it uses only $4.5\%$ of the available logical
computation elements. The ASIC decoding frequency is also above a megahertz on
a 1057 qubit surface code, and occupies 0.06 mm$^2$ area and consumes 8 mW of
power. Our decoder is optimised to be both highly performant and resource
efficient, while its implementation on hardware constitutes a viable path to
practically realising fault-tolerant quantum computers.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは、従来のアプローチで現在難解な計算問題を解くことを約束する。
これは、量子コンピュータに必然的に存在するノイズが大規模に効率的に管理できる場合にのみ達成できる。
このプロセスの重要なコンポーネントは、システム内で発生するエラーを診断する古典的なデコーダである。
デコーダが十分に高速に動作しない場合、量子コンピュータの論理クロックレートが指数的に低下する。
さらに、デコーダは大規模システムへのスケーリングを可能にし、低温環境での運用を可能にするためにリソース効率が良い必要がある。
ここでは、両方の課題を克服するCollision Clusteringデコーダを紹介します。
私たちはfpgaとasicの両方でデコーダを実装しています。
我々は,回路レベルのノイズモデルを想定した主要な量子誤り訂正方式である表面符号の大規模インスタンス上での論理記憶実験をシミュレートする。
fpgaの復号周波数はメガヘルツを超え、例えば超伝導量子コンピュータに必要なデコーダの厳密な要求である。
881 qubit曲面コードをデコードするには、利用可能な論理計算要素の 4.5 % しか使用しない。
ASIC復号周波数は1057キュービットの表面符号のメガヘルツよりも高く、0.06 mm$^2$領域を占め、8mWの電力を消費する。
我々のデコーダは高性能かつ資源効率の両面に最適化されており、ハードウェア上での実装はフォールトトレラントな量子コンピュータの実現に有効である。
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