Fugu-MT 論文翻訳(概要): Tailoring Fault-Tolerance to Quantum Algorithms

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

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.11953v2
Date: Tue, 16 Sep 2025 17:23:02 GMT
ステータス: 翻訳完了
システム内更新日: 2025-09-17 17:50:52.524666
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: 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。我々は、トロッター回路の物理実現を体系的に合成する解とスティッチ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）: 7.274325784456262
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 $\llbr n,n-2,2 \rrbr$ error-detecting code family. Our analysis shows that this family implements Trotter circuits with essentially optimal depth under reasonable assumptions, 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. Importantly, the solve-and-stitch algorithm has the potential to scale beyond this specific example, as illustrated by a generalization to the four-qubit logical Clifford Trotter circuit on the $\llbr 20,4,2 \rrbr$ hypergraph product code, thereby providing 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。我々は、よく知られた$\llbr n,n-2,2 \rrbr$エラー検出符号ファミリ上で、クリフォード・トロッター回路の物理的実現を体系的に合成する解とスティッチアルゴリズムを開発した。解析の結果,この回路は合理的な仮定の下で本質的に最適深さのトロッター回路を実装しており,量子誤差補正の照らし方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。重要なことに、このソルブ・アンド・スティッチ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、例えば、$\llbr 20,4,2 \rrbr$ハイパーグラフの4量子ビット論理クリフォード・トロッター回路への一般化によって説明され、量子コンピューティングにおける修正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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