論文の概要: Even more efficient magic state distillation by zero-level distillation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.03991v1
- Date: Wed, 6 Mar 2024 19:01:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-08 16:17:11.557983
- Title: Even more efficient magic state distillation by zero-level distillation
- Title（参考訳）: ゼロレベル蒸留によるさらに効率的なマジックステート蒸留
- Authors: Tomohiro Itogawa, Yugo Takada, Yutaka Hirano, Keisuke Fujii
- Abstract要約: 正方格子上の物理量子ビットを用いて高忠実度論理マジック状態を作成するゼロレベル蒸留を提案する。
鍵となるアイデアは、Steaneコードを使用して、ノイズの多いCliffordゲートとエラー検出を使って論理的なマジック状態を蒸留することだ。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8009842832476994
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Magic state distillation (MSD) is an essential element for universal
fault-tolerant quantum computing, which distills a high fidelity magic state
from noisy magic states using ideal (error-corrected) Clifford operations. For
ideal Clifford operations, it needs to be performed on the logical qubits and
hence takes a large spatiotemporal overhead, which is one of the major
bottlenecks for the realization of fault-tolerant quantum computers (FTQC).
Here we propose zero-level distillation, which prepares a high fidelity logical
magic state using physical qubits on a square lattice using nearest-neighbor
two-qubit gates without using multiple logical qubits. The key idea behind is
using the Steane code to distill a logical magic state by using noisy Clifford
gates with error detection. Then the Steane code state is teleported or
converted to the surface codes. By carefully designing such circuits
fault-tolerantly, the error rate of the logical magic state scales $\sim 100
\times p^2$ in terms of the physical error rate $p$. For example, with a
physical error rate of $p=10^{-4}$ ($10^{-3}$), the logical error rate is
reduced to $p_L=10^{-6}$ ($10^{-4}$), resulting in an improvement of two (one)
orders of magnitude. This contributes to reducing both space and time overhead
for early FTQC as well as full-fledged FTQC combined with conventional
multi-level distillation protocols.
- Abstract（参考訳）: マジックステート蒸留(英: Magic State distillation、MSD)は、普遍的なフォールトトレラント量子コンピューティングにおいて重要な要素であり、理想(エラー訂正)クリフォード演算を用いてノイズの多いマジック状態から高忠実なマジック状態を蒸留する。
理想的なクリフォード演算では、論理量子ビット上で実行する必要があるため、時間的オーバーヘッドが大きいため、フォールトトレラント量子コンピュータ(FTQC)の実現における主要なボトルネックの1つである。
ここでは, 近接する2量子ビットゲートを用いて, 複数の論理量子ビットを使わずに, 正方格子上の物理量子ビットを用いて高忠実度論理マジック状態を作成するゼロレベル蒸留を提案する。
鍵となるアイデアは、Steaneコードを使用して、ノイズの多いCliffordゲートとエラー検出を使って論理的なマジック状態を蒸留することだ。
その後、Steaneのコード状態がテレポートされるか、表面コードに変換される。
このような回路をフォールトトレラントに設計することで、論理魔法状態のエラーレートは、物理エラー率$p$の点で$\sim 100 \times p^2$となる。
例えば、物理的エラーレートが$p=10^{-4}$$$10^{-3}$の場合、論理的エラーレートは$p_L=10^{-6}$$$10^{-4}$に下げられ、2つの(1)オーダーが大幅に改善される。
これは、初期のFTQCの空間および時間オーバーヘッドと、従来の多層蒸留プロトコルと組み合わせた完全なFTQCの削減に寄与する。
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