論文の概要: ERASER: Towards Adaptive Leakage Suppression for Fault-Tolerant Quantum Computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.13143v1
• Date: Fri, 22 Sep 2023 18:57:21 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-26 22:06:57.406697
• Title: ERASER: Towards Adaptive Leakage Suppression for Fault-Tolerant Quantum Computing
• Title（参考訳）: ERASER:フォールトトレラント量子コンピューティングにおける適応リーク抑制に向けて
• Authors: Suhas Vittal (1), Poulami Das (2), Moinuddin Qureshi (1) ((1) Georgia Institute of Technology, (2) The University of Texas at Austin)
• Abstract要約: 漏れ誤差は量子誤り訂正符号の性能を制限する。 リークした可能性のある量子ビットのサブセットを推測し、それらの量子ビットに対してのみ LRC を使用するERASERを提案する。 ERASERとERASER+Mは論理誤差率を最大4.3times$と2.3times$に改善した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum error correction (QEC) codes can tolerate hardware errors by encoding fault-tolerant logical qubits using redundant physical qubits and detecting errors using parity checks. Leakage errors occur in quantum systems when a qubit leaves its computational basis and enters higher energy states. These errors severely limit the performance of QEC due to two reasons. First, they lead to erroneous parity checks that obfuscate the accurate detection of errors. Second, the leakage spreads to other qubits and creates a pathway for more errors over time. Prior works tolerate leakage errors by using leakage reduction circuits (LRCs) that modify the parity check circuitry of QEC codes. Unfortunately, naively using LRCs always throughout a program is sub-optimal because LRCs incur additional two-qubit operations that (1) facilitate leakage transport, and (2) serve as new sources of errors. Ideally, LRCs should only be used if leakage occurs, so that errors from both leakage as well as additional LRC operations are simultaneously minimized. However, identifying leakage errors in real-time is challenging. To enable the robust and efficient usage of LRCs, we propose ERASER that speculates the subset of qubits that may have leaked and only uses LRCs for those qubits. Our studies show that the majority of leakage errors typically impact the parity checks. We leverage this insight to identify the leaked qubits by analyzing the patterns in the failed parity checks. We propose ERASER+M that enhances ERASER by detecting leakage more accurately using qubit measurement protocols that can classify qubits into $|0\rangle, |1\rangle$ and $|L\rangle$ states. ERASER and ERASER+M improve the logical error rate by up to $4.3\times$ and $23\times$ respectively compared to always using LRC.
• Abstract（参考訳）: 量子エラー訂正(QEC)符号は、冗長な物理量子ビットを用いてフォールトトレラント論理量子ビットを符号化し、パリティチェックを用いてエラーを検出することにより、ハードウェアエラーを許容することができる。 漏洩エラーは量子ビットが計算ベースを離れ、より高いエネルギー状態に入るときに起こる。 これらのエラーは2つの理由からQECの性能を著しく制限する。 まず、エラーの正確な検出を邪魔する誤ったパリティチェックにつながります。 第二に、リークは他のキュービットに広がり、時間とともにより多くのエラーを発生させる。 以前は、QEC符号のパリティチェック回路を変更するリーク低減回路(LRC)を使用してリークエラーを許容していた。 残念なことに、LCCは(1)漏れ輸送を促進し、(2)新しいエラー源として機能する追加の2キュービット演算を発生させるため、プログラムを通して常に直感的にLRCを使用するのが最適である。 理想的には、LRCはリークが発生した場合にのみ使用すべきであり、両方のリークからのエラーと追加のLCC操作が同時に最小化される。 しかし,リアルタイムに漏洩エラーを識別することは困難である。 LRCのロバストかつ効率的な使用を可能にするために,リークした可能性のあるキュービットのサブセットを推測するERASERを提案する。 私たちの研究によると、リークエラーの大部分は、通常パリティチェックに影響を与えます。 この洞察を利用して、パリティチェックの失敗パターンを分析して、リークしたキュービットを特定する。 本研究では,キュービットを$|0\rangle, |1\rangle$, $|l\rangle$に分類可能なqubit測定プロトコルを用いて,より正確にリークを検出することで消去性を高める消去器+mを提案する。 ERASERとERASER+Mは論理誤差率を最大4.3\times$と23\times$で改善する。

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