論文の概要: Thresholds for the distributed surface code in the presence of memory decoherence

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.10770v1
• Date: Fri, 19 Jan 2024 15:41:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-22 15:20:53.658928
• Title: Thresholds for the distributed surface code in the presence of memory decoherence
• Title（参考訳）: メモリデコヒーレンス存在下での分散表面符号のしきい値
• Authors: S\'ebastian de Bone, Paul M\"oller, Conor E. Bradley, Tim H. Taminiau, David Elkouss
• Abstract要約: 本稿では,分散トーリック曲面符号を用いたメモリチャネルの数値シミュレーションのためのフレームワークを提案する。 メモリデコヒーレンスの影響を定量的に検討し、デコヒーレンスレベルに合わせたGHZ生成プロトコルの利点を評価する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: In the search for scalable, fault-tolerant quantum computing, distributed quantum computers are promising candidates. These systems can be realized in large-scale quantum networks or condensed onto a single chip with closely situated nodes. We present a framework for numerical simulations of a memory channel using the distributed toric surface code, where each data qubit of the code is part of a separate node, and the error-detection performance depends on the quality of four-qubit Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) states generated between the nodes. We quantitatively investigate the effect of memory decoherence and evaluate the advantage of GHZ creation protocols tailored to the level of decoherence. We do this by applying our framework for the particular case of color centers in diamond, employing models developed from experimental characterization of nitrogen-vacancy centers. For diamond color centers, coherence times during entanglement generation are orders of magnitude lower than coherence times of idling qubits. These coherence times represent a limiting factor for applications, but previous surface code simulations did not treat them as such. Introducing limiting coherence times as a prominent noise factor makes it imperative to integrate realistic operation times into simulations and incorporate strategies for operation scheduling. Our model predicts error probability thresholds for gate and measurement reduced by at least a factor of three compared to prior work with more idealized noise models. We also find a threshold of $4\cdot10^2$ in the ratio between the entanglement generation and the decoherence rates, setting a benchmark for experimental progress.
• Abstract（参考訳）: スケーラブルでフォールトトレラントな量子コンピューティングの探索において、分散量子コンピュータは有望な候補である。 これらのシステムは、大規模量子ネットワークで実現したり、近接したノードを持つ1つのチップに凝縮することができる。 本稿では,各データキュービットが分離ノードの一部であり,誤り検出性能はノード間で発生する4量子ビットgreenberger-horne-zeilinger(ghz)状態の品質に依存する,分散トーリック表面符号を用いたメモリチャネルの数値シミュレーションのためのフレームワークを提案する。 メモリデコヒーレンスの影響を定量的に検討し、デコヒーレンスレベルに合わせたGHZ生成プロトコルの利点を評価する。 我々は, 窒素空孔中心を実験的に評価したモデルを用いて, ダイヤモンド中の色中心の特定の場合の枠組みを適用した。 ダイヤモンド色中心では、エンタングルメント生成時のコヒーレンス時間は、アイドリングキュービットのコヒーレンス時間よりも桁違いに低い。 これらのコヒーレンス時間はアプリケーションの限界因子であるが、以前の表面コードシミュレーションではそのような扱いはされなかった。 顕著なノイズファクターとしてのコヒーレンス時間制限の導入は、現実的な演算時間をシミュレーションに統合し、演算スケジューリングの戦略を取り入れることが不可欠である。 本モデルでは,より理想的なノイズモデルを用いた前処理と比較して,ゲートと測定の誤差確率閾値を少なくとも3倍削減する。 また、エンタングルメント生成とデコヒーレンス率の比率が4\cdot10^2$のしきい値を示し、実験進捗のベンチマークを設定した。

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