論文の概要: Promatch: Extending the Reach of Real-Time Quantum Error Correction with Adaptive Predecoding

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.03136v1
• Date: Thu, 4 Apr 2024 01:16:49 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-04-05 16:03:13.253338
• Title: Promatch: Extending the Reach of Real-Time Quantum Error Correction with Adaptive Predecoding
• Title（参考訳）: Promatch: 適応型プリデコーディングによるリアルタイム量子エラー補正の拡張
• Authors: Narges Alavisamani, Suhas Vittal, Ramin Ayanzadeh, Poulami Das, Moinuddin Qureshi,
• Abstract要約: 本稿では,局所性に気付き,強欲なアプローチを用いて,単純なパターンと複雑なパターンの両方をプリデコードする,リアルタイム適応型プリデコーダを提案する。 Promatchは、距離11,13の表面符号を復号できる最初のリアルタイム復号化フレームワークである。 我々は,最近提案された Astrea-G と並行して Promatch を実行すると,距離 13 に対して MWPM LER,$3.4times10-15$ に相当する LER が得られることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.3158782497981205
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Fault-tolerant quantum computing relies on Quantum Error Correction, which encodes logical qubits into data and parity qubits. Error decoding is the process of translating the measured parity bits into types and locations of errors. To prevent a backlog of errors, error decoding must be performed in real-time. Minimum Weight Perfect Matching (MWPM) is an accurate decoding algorithm for surface code, and recent research has demonstrated real-time implementations of MWPM (RT-MWPM) for a distance of up to 9. Unfortunately, beyond d=9, the number of flipped parity bits in the syndrome, referred to as the Hamming weight of the syndrome, exceeds the capabilities of existing RT-MWPM decoders. In this work, our goal is to enable larger distance RT-MWPM decoders by using adaptive predecoding that converts high Hamming weight syndromes into low Hamming weight syndromes, which are accurately decoded by the RT-MWPM decoder. An effective predecoder must balance both accuracy and coverage. In this paper, we propose Promatch, a real-time adaptive predecoder that predecodes both simple and complex patterns using a locality-aware, greedy approach. Our approach ensures two crucial factors: 1) high accuracy in prematching flipped bits, ensuring that the decoding accuracy is not hampered by the predecoder, and 2) enough coverage adjusted based on the main decoder's capability given the time constraints. Promatch represents the first real-time decoding framework capable of decoding surface codes of distances 11 and 13, achieving an LER of $2.6\times 10^{-14}$ for distance 13. Moreover, we demonstrate that running Promatch concurrently with the recently proposed Astrea-G achieves LER equivalent to MWPM LER, $3.4\times10^{-15}$, for distance 13, representing the first real-time accurate decoder for up-to a distance of 13.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピューティングは、論理量子ビットをデータとパリティ量子ビットにエンコードする量子エラー補正に依存する。 エラー復号(Error decoding)は、測定されたパリティビットをエラーのタイプと場所に変換するプロセスである。 エラーのバックログを防ぐため、エラーの復号化をリアルタイムで行わなければならない。 MWPM (Minimum Weight Perfect Matching) はサーフェスコードの正確な復号アルゴリズムであり、最近の研究で最大9.5%の距離で MWPM (RT-MWPM) のリアルタイム実装を実証している。 残念ながら、d=9を超えると、この症候群のハミング重みと呼ばれるリフテッドパリティビットの数は、既存のRT-MWPMデコーダの能力を上回る。 本研究では,高ハミング重み症候群を低ハミング重み症候群に変換し,RT-MWPMデコーダによって正確に復号化できる適応型プリデコーダを用いて,RT-MWPMデコーダを実現することを目的とする。 効果的なプリデコーダは精度とカバレッジのバランスをとる必要がある。 本稿では,局所性を意識した,強欲なアプローチを用いて,単純なパターンと複雑なパターンの両方をプリデコードする,リアルタイム適応型プリデコーダPromatchを提案する。 私たちのアプローチは2つの重要な要素を保証します。 1)フリップビットのプリマッチの精度が高く、復号精度がプリデコーダによって妨げられないようにし、 2) 時間制約を考慮すれば、メインデコーダの能力に基づいて十分なカバレッジを調整できる。 Promatchは、距離11と13の表面符号を復号できる最初のリアルタイムデコードフレームワークであり、距離13に対して2.6\times 10^{-14}$のLERを実現する。 さらに,最近提案された Astrea-G と並行して Promatch を実行すると,距離 13 に対して MWPM LER に相当する LER が 3.4\times10^{-15}$ となることを示す。

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