論文の概要: How to choose a decoder for a fault-tolerant quantum computer? The speed vs accuracy trade-off

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.15313v1
• Date: Mon, 23 Oct 2023 19:30:08 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-25 22:04:33.441229
• Title: How to choose a decoder for a fault-tolerant quantum computer? The speed vs accuracy trade-off
• Title（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピュータのためのデコーダの選択方法 スピードと正確さのトレードオフ
• Authors: Nicolas Delfosse, Andres Paz, Alexander Vaschillo and Krysta M. Svore
• Abstract要約: 与えられた量子アーキテクチャに対して最適なデコーダを選択する方法を示す。 速度と精度のトレードオフを分析することにより、最適な停止時間を選択する戦略を提案する。 PyMatchingデコーダのデスクトップ実装を備えたサーフェスコードのプロトコルについて説明する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 48.73569522869751
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Achieving practical quantum advantage requires a classical decoding algorithm to identify and correct faults during computation. This classical decoding algorithm must deliver both accuracy and speed, but in what combination? When is a decoder "fast enough" or "accurate enough"? In the case of surface codes, tens of decoding algorithms have been proposed, with different accuracies and speeds. However, it has been unclear how to choose the best decoder for a given quantum architecture. Should a faster decoder be used at the price of reduced accuracy? Or should a decoder sacrifice accuracy to fit within a given time constraint? If a decoder is too slow, it may be stopped upon reaching a time bound, at the price of some time-out failures and an increased failure rate. What then is the optimal stopping time of the decoder? By analyzing the speed vs. accuracy tradeoff, we propose strategies to select the optimal stopping time for a decoder for different tasks. We design a protocol to select the decoder that minimizes the spacetime cost per logical gate, for logical computation of a given depth. Our protocol enables comparison of different decoders, and the selection of an appropriate decoder for a given fault-tolerant quantum computing architecture. We illustrate our protocol for the surface code equipped with a desktop implementation of the PyMatching decoder. We estimate PyMatching is fast enough to implement thousands of logical gates with a better accuracy than physical qubits. However, we find it is not sufficiently fast to reach 10^5 logical gates, under certain assumptions, due to the decoding delay which forces qubits to idle and accumulate errors while idling. We expect further improvements to PyMatching are possible by running it on a better machine or by reducing the OS interference.
• Abstract（参考訳）: 実用的な量子アドバンテージを達成するには、計算中に障害を特定し修正する古典的な復号アルゴリズムが必要である。 この古典的な復号アルゴリズムは、精度と速度の両方を提供する必要がある。 デコーダはいつ「十分速い」のか、それとも「十分正確な」のか? 表面符号の場合、数十の復号アルゴリズムが提案され、異なる精度と速度が提案されている。 しかし、与えられた量子アーキテクチャの最適なデコーダをどのように選ぶかは定かではない。 より高速なデコーダを精度の低い価格で使用すべきか? あるいはデコーダが精度を犠牲にして所定の時間内に収まるべきか? デコーダが遅すぎると、いくつかのタイムアウト障害の価格と失敗率の増加によって、タイムバウンドに達すると停止する可能性がある。 その後、デコーダの最適停止時間はどうなるか? 速度と精度のトレードオフを解析することにより、異なるタスクに対するデコーダの最適停止時間を選択する戦略を提案する。 論理ゲート当たりの時空コストを最小限に抑えるデコーダを選択するためのプロトコルを設計し、与えられた深さの論理計算を行う。 本プロトコルは,異なるデコーダの比較と,所定のフォールトトレラント量子コンピューティングアーキテクチャに適したデコーダの選択を可能にする。 我々はpymatchingデコーダのデスクトップ実装を備えたsurfaceコードのためのプロトコルについて述べる。 PyMatchingは物理量子ビットよりも精度良く数千の論理ゲートを実装するのに十分速いと推定する。 しかし、量子ビットをアイドルさせ、アイドル中にエラーを蓄積させる復号遅延のため、ある仮定の下で10^5論理ゲートに到達するのが十分ではない。 PyMatchingのさらなる改善は、よりよいマシン上で実行したり、OSの干渉を減らすことで可能になります。

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