論文の概要: Stabilizer Entanglement Distillation and Efficient Fault-Tolerant Encoder
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.06299v1
- Date: Mon, 12 Aug 2024 17:09:24 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-13 13:46:08.012884
- Title: Stabilizer Entanglement Distillation and Efficient Fault-Tolerant Encoder
- Title（参考訳）: 安定化器エンタングルメント蒸留と高能率耐故障エンコーダ
- Authors: Yu Shi, Ashlesha Patil, Saikat Guha,
- Abstract要約: 絡み合いは量子情報処理には不可欠であるが、ノイズによって制限される。
我々はいくつかの進歩を伴う高収率エンタングルメント蒸留プロトコルを開発した。
本稿では,論理状態から物理状態へ変換する安定化符号のための定数深度デコーダを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.496737164472548
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Entanglement is essential for quantum information processing but is limited by noise. We address this by developing high-yield entanglement distillation protocols with several advancements. (1) We extend the 2-to-1 recurrence entanglement distillation protocol to higher-rate n-to-(n-1) protocols that can correct any single-qubit errors. These protocols are evaluated through numerical simulations focusing on fidelity and yield. We also outline a method to adapt any classical error-correcting code for entanglement distillation, where the code can correct both bit-flip and phase-flip errors by incorporating Hadamard gates. (2) We propose a constant-depth decoder for stabilizer codes that transforms logical states into physical ones using single-qubit measurements. This decoder is applied to entanglement distillation protocols, reducing circuit depth and enabling protocols derived from advanced quantum error-correcting codes. We demonstrate this by evaluating the circuit complexity for entanglement distillation protocols based on surface codes and quantum convolutional codes. (3) Our stabilizer entanglement distillation techniques advance quantum computing. We propose a fault-tolerant protocol for constant-depth encoding and decoding of arbitrary quantum states, applicable to quantum low-density parity-check (qLDPC) codes and surface codes. This protocol is feasible with state-of-the-art reconfigurable atom arrays and surpasses the limits of conventional logarithmic depth encoders. Overall, our study integrates stabilizer formalism, measurement-based quantum computing, and entanglement distillation, advancing both quantum communication and computing.
- Abstract（参考訳）: 絡み合いは量子情報処理には不可欠であるが、ノイズによって制限される。
本研究は,高収率蒸留プロトコルを開発し,いくつかの改良を加えて解決する。
1) 単一ビット誤りの訂正が可能なn-to-(n-1) プロトコルに, 2-to-1 繰り返しエンタングルメント蒸留プロトコルを拡張した。
これらのプロトコルは、忠実度と収率に着目した数値シミュレーションによって評価される。
また,ハダードゲートを組み込むことで,ビットフリップと位相フリップの両方の誤りを訂正できる古典的誤り訂正符号を交絡蒸留に適応させる手法についても概説する。
2) 1量子ビット計測を用いて論理状態から物理状態へ変換する安定化器符号のための定数深さデコーダを提案する。
このデコーダは、絡み込み蒸留プロトコルに適用され、回路深さを減らし、高度な量子誤り訂正符号から導出されるプロトコルを可能にする。
本研究では, 表面符号と量子畳み込み符号に基づいて, 絡み込み蒸留プロトコルの回路複雑性を評価することでこれを実証する。
(3) 安定化器の絡み合った蒸留技術は量子コンピューティングを推し進める。
量子低密度パリティチェック(qLDPC)符号や表面符号に適用可能な,任意の量子状態の一定深度符号化および復号化のためのフォールトトレラントプロトコルを提案する。
このプロトコルは最先端の再構成可能な原子配列で実現可能であり、従来の対数深度エンコーダの限界を超えている。
本研究は, 安定化器形式, 測定ベース量子コンピューティング, エンタングルメント蒸留を総合的に統合し, 量子通信と計算の両方を進展させる。
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