論文の概要: Systematic Design and Optimization of Quantum Circuits for Stabilizer Codes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.12373v1
• Date: Thu, 21 Sep 2023 03:21:47 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-25 17:35:17.355439
• Title: Systematic Design and Optimization of Quantum Circuits for Stabilizer Codes
• Title（参考訳）: 安定化符号のための量子回路の系統設計と最適化
• Authors: Arijit Mondal, Keshab K. Parhi
• Abstract要約: 量子ビットエラーを自由に保つことは、信頼できる量子コンピューティングへの最も重要なステップの1つである。 量子誤り訂正のための異なる安定化符号が過去数十年の間に提案されてきた。 一般的な安定化器符号のための符号化回路を体系的に構築するための形式的アルゴリズムを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.637855523244838
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum computing is an emerging technology that has the potential to achieve exponential speedups over their classical counterparts. To achieve quantum advantage, quantum principles are being applied to fields such as communications, information processing, and artificial intelligence. However, quantum computers face a fundamental issue since quantum bits are extremely noisy and prone to decoherence. Keeping qubits error free is one of the most important steps towards reliable quantum computing. Different stabilizer codes for quantum error correction have been proposed in past decades and several methods have been proposed to import classical error correcting codes to the quantum domain. However, formal approaches towards the design and optimization of circuits for these quantum encoders and decoders have so far not been proposed. In this paper, we propose a formal algorithm for systematic construction of encoding circuits for general stabilizer codes. This algorithm is used to design encoding and decoding circuits for an eight-qubit code. Next, we propose a systematic method for the optimization of the encoder circuit thus designed. Using the proposed method, we optimize the encoding circuit in terms of the number of 2-qubit gates used. The proposed optimized eight-qubit encoder uses 18 CNOT gates and 4 Hadamard gates, as compared to 14 single qubit gates, 33 2-qubit gates, and 6 CCNOT gates in a prior work. The encoder and decoder circuits are verified using IBM Qiskit. We also present optimized encoder circuits for Steane code and a 13-qubit code in terms of the number of gates used.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、従来のものよりも指数的なスピードアップを達成する可能性を持つ新興技術である。 量子優位性を達成するために、通信、情報処理、人工知能といった分野に量子原理が適用されている。 しかし、量子ビットは非常にうるさいため、量子コンピュータは根本的な問題に直面している。 量子ビットエラーを自由に保つことは、信頼できる量子コンピューティングへの最も重要なステップの1つである。 量子誤り訂正のための異なる安定化符号が過去数十年間提案され、古典的誤り訂正符号を量子領域にインポートするいくつかの方法が提案されている。 しかし、これらの量子エンコーダとデコーダのための回路の設計と最適化への公式なアプローチは今のところ提案されていない。 本稿では,一般安定化符号の符号化回路を体系的に構築するための形式的アルゴリズムを提案する。 このアルゴリズムは、8ビット符号の符号化回路と復号回路の設計に用いられる。 次に、設計したエンコーダ回路の最適化のための体系的手法を提案する。 提案手法を用いて,使用した2ビットゲートの数で符号化回路を最適化する。 提案した8ビットエンコーダは,前処理で14個のシングルキュービットゲート,33個の2キュービットゲート,6個のCCNOTゲートに対して,18個のCNOTゲートと4個のアダマールゲートを使用する。 エンコーダ回路とデコーダ回路はIBM Qiskitを用いて検証する。 また,steane符号に最適化されたエンコーダ回路と,使用するゲート数の観点から13量子ビット符号を提案する。

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