論文の概要: Tailoring Fault-Tolerance to Quantum Algorithms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.11953v1
• Date: Thu, 18 Apr 2024 07:15:15 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-04-19 13:01:02.051538
• Title: Tailoring Fault-Tolerance to Quantum Algorithms
• Title（参考訳）: 量子アルゴリズムに対する耐故障性の評価
• Authors: Zhuangzhuang Chen, Narayanan Rengaswamy,
• Abstract要約: 我々はクリフォード・トロッター回路の物理実現を合成する解とスティッチのアルゴリズムを開発した。 フラグガジェットを用いてこれらの回路の耐故障性を実現し,オーバーヘッドを最小限に抑える。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.836669717540222
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The standard approach to universal fault-tolerant quantum computing is to develop a general purpose quantum error correction mechanism that can implement a universal set of logical gates fault-tolerantly. Given such a scheme, any quantum algorithm can be realized fault-tolerantly by composing the relevant logical gates from this set. However, we know that quantum computers provide a significant quantum advantage only for specific quantum algorithms. Hence, a universal quantum computer can likely gain from compiling such specific algorithms using tailored quantum error correction schemes. In this work, we take the first steps towards such algorithm-tailored quantum fault-tolerance. We consider Trotter circuits in quantum simulation, which is an important application of quantum computing. We develop a solve-and-stitch algorithm to systematically synthesize physical realizations of Clifford Trotter circuits on the well-known $[\![ n,n-2,2 ]\!]$ error-detecting code family. Our analysis shows that this family implements Trotter circuits with optimal depth, thereby serving as an illuminating example of tailored quantum error correction. We achieve fault-tolerance for these circuits using flag gadgets, which add minimal overhead. The solve-and-stitch algorithm has the potential to scale beyond this specific example and hence provide a principled approach to tailored fault-tolerance in quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 普遍的フォールトトレラント量子コンピューティングの標準的なアプローチは、論理ゲートの普遍的集合をフォールトトレラント的に実装できる汎用的な量子エラー補正機構を開発することである。 このようなスキームが与えられた場合、任意の量子アルゴリズムは、この集合から関連する論理ゲートを構成することで、フォールトトレラントに実現できる。 しかし、量子コンピュータは特定の量子アルゴリズムに対してのみ有意義な量子優位性を提供する。 したがって、普遍的な量子コンピュータは、調整された量子エラー補正スキームを使用して、そのような特定のアルゴリズムをコンパイルすることで得られる可能性がある。 本研究では,このようなアルゴリズムによる量子フォールトトレランスに向けた第一歩を踏み出す。 本稿では,量子シミュレーションにおけるトロッター回路について考察する。 クラフォード・トロッター回路の物理実現をよく知られた$[\! [n,n-2,2 ]\! エラー検出コードファミリ。 解析の結果,この回路は最適深度でトロッター回路を実装しており,量子誤差補正の照明例として機能していることがわかった。 フラグガジェットを用いてこれらの回路の耐故障性を実現し,オーバーヘッドを最小限に抑える。 解とスティッチのアルゴリズムは、この特定の例を超えてスケールする可能性があり、従って量子コンピューティングにおける調整されたフォールトトレランスに対する原則化されたアプローチを提供する。

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