論文の概要: Investigating impact of bit-flip errors in control electronics on quantum computation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.05511v1
- Date: Thu, 9 May 2024 02:41:04 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-10 14:22:38.903640
- Title: Investigating impact of bit-flip errors in control electronics on quantum computation
- Title（参考訳）: 制御エレクトロニクスにおけるビットフリップ誤差の量子計算への影響の検討
- Authors: Subrata Das, Avimita Chatterjee, Swaroop Ghosh,
- Abstract要約: 実振幅の指数ビットと初期マティーサビットのビットフリップは量子ゲート演算においてかなりのずれを引き起こすことを示す。
メモリオーバーヘッドを発生させることなくTVDを40%以下に効果的に低減する3ビット繰り返し誤り訂正符号を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.089191490381739
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: In this paper, we investigate the impact of bit flip errors in FPGA memories in control electronics on quantum computing systems. FPGA memories are integral in storing the amplitude and phase information pulse envelopes, which are essential for generating quantum gate pulses. However, these memories can incur faults due to physical and environmental stressors such as electromagnetic interference, power fluctuations, and temperature variations and adversarial fault injections, potentially leading to errors in quantum gate operations. To understand how these faults affect quantum computations, we conducted a series of experiments to introduce bit flips into the amplitude (both real and imaginary components) and phase values of quantum pulses using IBM's simulated quan- tum environments, FakeValencia, FakeManila, and FakeLima. Our findings reveal that bit flips in the exponent and initial mantissa bits of the real amplitude cause substantial deviations in quantum gate operations, with TVD increases as high as ~200%. Interestingly, the remaining bits exhibited natural tolerance to errors. We proposed a 3-bit repetition error correction code, which effectively reduced the TVD increases to below 40% without incurring any memory overhead. Due to reuse of less significant bits for error correction, the proposed approach introduces maximum of 5-7% extra TVD in nominal cases. However, this can be avoided by sacrificing memory area for implementing the repetition code.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,制御電子回路におけるFPGAメモリのビットフリップ誤差が量子コンピューティングシステムに与える影響について検討する。
FPGAメモリは、量子ゲートパルスを生成するのに欠かせない振幅と位相情報パルスエンベロープを格納するのに不可欠である。
しかし、これらの記憶は、電磁的干渉、電力変動、温度変動や対向的な欠陥注入などの物理的および環境的なストレスによる欠陥を生じさせ、量子ゲート操作の誤りにつながる可能性がある。
これらの欠陥が量子計算にどのように影響するかを理解するため、我々はIBMの擬似擬似四面体環境、FakeValencia、FakeManila、FakeLimaを用いて、量子パルスの振幅(実成分と虚成分の両方)と位相値にビットフリップを導入する一連の実験を行った。
以上の結果から,実振幅の指数ビットと初期マティーサビットのビットフリップは量子ゲート演算において大きな偏差を引き起こし,TVDは最大200%まで上昇することがわかった。
興味深いことに、残りのビットはエラーに対する自然な耐性を示した。
メモリオーバーヘッドを発生させることなくTVDを40%以下に効果的に低減する3ビット繰り返し誤り訂正符号を提案する。
誤り訂正のために少ないビットを再利用するため、提案手法は名目の場合、最大5-7%追加のTVDを導入する。
しかし、これは繰り返しコードを実装するためにメモリ領域を犠牲にすることで回避できる。
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