論文の概要: Spatially parallel decoding for multi-qubit lattice surgery
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.01353v2
- Date: Mon, 6 May 2024 13:39:05 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-07 23:26:12.927765
- Title: Spatially parallel decoding for multi-qubit lattice surgery
- Title（参考訳）: 多ビット格子手術のための空間並列復号法
- Authors: Sophia Fuhui Lin, Eric C. Peterson, Krishanu Sankar, Prasahnt Sivarajah,
- Abstract要約: 量子エラー訂正によって保護される量子アルゴリズムの実行には、リアルタイム、古典的なデコーダが必要である。
リアルタイム復号化に関するこれまでのほとんどの研究は、表面コードに符号化された孤立論理量子ビットに焦点を当ててきた。
表面コードでは、実用性のある量子プログラムは格子手術によって実行されるマルチキュービットの相互作用を必要とする。
格子手術中に大規模なマージパッチが発生する可能性がある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.10713888959520208
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Running quantum algorithms protected by quantum error correction requires a real time, classical decoder. To prevent the accumulation of a backlog, this decoder must process syndromes from the quantum device at a faster rate than they are generated. Most prior work on real time decoding has focused on an isolated logical qubit encoded in the surface code. However, for surface code, quantum programs of utility will require multi-qubit interactions performed via lattice surgery. A large merged patch can arise during lattice surgery -- possibly as large as the entire device. This puts a significant strain on a real time decoder, which must decode errors on this merged patch and maintain the level of fault-tolerance that it achieves on isolated logical qubits. These requirements are relaxed by using spatially parallel decoding, which can be accomplished by dividing the physical qubits on the device into multiple overlapping groups and assigning a decoder module to each. We refer to this approach as spatially parallel windows. While previous work has explored similar ideas, none have addressed system-specific considerations pertinent to the task or the constraints from using hardware accelerators. In this work, we demonstrate how to configure spatially parallel windows, so that the scheme (1) is compatible with hardware accelerators, (2) supports general lattice surgery operations, (3) maintains the fidelity of the logical qubits, and (4) meets the throughput requirement for real time decoding. Furthermore, our results reveal the importance of optimally choosing the buffer width to achieve a balance between accuracy and throughput -- a decision that should be influenced by the device's physical noise.
- Abstract（参考訳）: 量子エラー訂正によって保護される量子アルゴリズムの実行には、リアルタイム、古典的なデコーダが必要である。
バックログの蓄積を防止するために、このデコーダは、生成されたものよりも速い速度で、量子デバイスからシンドロームを処理しなければならない。
リアルタイム復号化に関するこれまでのほとんどの研究は、表面コードに符号化された孤立論理量子ビットに焦点を当ててきた。
しかし、表面コードでは、実用性のある量子プログラムは格子手術によって実行されるマルチキュービットの相互作用を必要とする。
格子手術中に大規模なマージパッチが発生する可能性がある。
これにより、このマージされたパッチのエラーをデコードし、分離された論理量子ビット上で達成されるフォールトトレランスのレベルを維持する必要がある。
これらの要件は、デバイス上の物理量子ビットを複数の重なり合うグループに分割し、デコーダモジュールを各グループに割り当てることで達成できる空間並列復号を用いて緩和される。
このアプローチを空間的に平行なウィンドウと呼ぶ。
これまでも同様のアイデアを探求してきたが、タスクやハードウェアアクセラレーションの使用による制約に関連するシステム固有の考慮事項には対処していない。
本研究では,(1)がハードウェアアクセラレータと互換性を持ち,(2)一般的な格子手術操作をサポートし,(3)論理量子ビットの忠実性を維持し,(4)リアルタイムデコーディングのスループット要件を満たすように,空間並列ウィンドウの設定方法を示す。
さらに, バッファ幅を最適に選択して, 精度とスループットのバランスをとることの重要性も明らかにした。
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