論文の概要: Automated Synthesis of Fault-Tolerant State Preparation Circuits for Quantum Error Correction Codes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.11894v1
- Date: Wed, 21 Aug 2024 18:00:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-23 18:16:33.385994
- Title: Automated Synthesis of Fault-Tolerant State Preparation Circuits for Quantum Error Correction Codes
- Title（参考訳）: 量子誤り訂正符号のためのフォールトトレラント状態準備回路の自動合成
- Authors: Tom Peham, Ludwig Schmid, Lucas Berent, Markus Müller, Robert Wille,
- Abstract要約: 任意のCSSコードに対するフォールトトレラントな状態準備回路の自動化手法を提案する。
距離3を超える非決定論的状態準備回路の一般構成を提供する。
結果として得られたメソッドは、ミュンヘン量子ツールキットの一部として公開されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.2955091080396075
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: A central ingredient in fault-tolerant quantum algorithms is the initialization of a logical state for a given quantum error-correcting code from a set of noisy qubits. A scheme that has demonstrated promising results for small code instances that are realizable on currently available hardware composes a non-fault-tolerant state preparation step with a verification step that checks for spreading errors. Known circuit constructions of this scheme are mostly obtained manually, and no algorithmic techniques for constructing depth- or gate-optimal circuits exist. As a consequence, the current state of the art exploits this scheme only for specific code instances and mostly for the special case of distance 3 codes. In this work, we propose an automated approach for synthesizing fault-tolerant state preparation circuits for arbitrary CSS codes. We utilize methods based on satisfiability solving (SAT) techniques to construct fault-tolerant state preparation circuits consisting of depth- and gate-optimal preparation and verification circuits. We also provide heuristics that can synthesize fault-tolerant state preparation circuits for code instances where no optimal solution can be obtained in an adequate timeframe. Moreover, we give a general construction for non-deterministic state preparation circuits beyond distance 3. Numerical evaluations using $d=3$ and $d=5$ codes confirm that the generated circuits exhibit the desired scaling of the logical error rates. The resulting methods are publicly available as part of the Munich Quantum Toolkit (MQT) at https://github.com/cda-tum/mqt-qecc. Such methods are an important step in providing fault-tolerant circuit constructions that can aid in near-term demonstration of fault-tolerant quantum computing.
- Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子アルゴリズムの主要な要素は、与えられた量子誤り訂正符号に対する論理状態の初期化である。
現在利用可能なハードウェア上で実現可能な小さなコードインスタンスの有望な結果を実証したスキームは、エラーの拡散をチェックする検証ステップを備えた、フォールトトレラントな状態準備ステップを構成する。
この方式の既知の回路構成は、主に手動で得られ、深さ最適化回路やゲート最適化回路を構築するアルゴリズム技術は存在しない。
結果として、現在の最先端技術はこのスキームを特定のコードインスタンスにのみ利用し、主に距離3コードの特殊なケースに利用している。
本研究では,任意のCSSコードに対してフォールトトレラントな状態準備回路を合成するための自動アプローチを提案する。
本研究では,SAT法を応用して,深度・ゲート最適準備・検証回路からなる耐故障状態準備回路を構築する。
また,適切な時間枠で最適解が得られないコードインスタンスに対して,フォールトトレラントな状態準備回路を合成できるヒューリスティックスも提供する。
さらに、距離3を超える非決定論的状態準備回路の一般的な構成を与える。
$d=3$および$d=5$符号を用いた数値評価により、生成された回路が論理誤差率の望ましいスケーリングを示すことを確認した。
得られたメソッドは、 https://github.com/cda-tum/mqt-qecc.com/mqt-qeccのミュンヘン量子ツールキット(MQT)の一部として公開されている。
このような手法は、フォールトトレラントな量子コンピューティングの短期的な実証に役立つ、フォールトトレラントな回路構成を提供するための重要なステップである。
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