論文の概要: Quantum error correction below the surface code threshold

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.13687v1
• Date: Sat, 24 Aug 2024 23:08:50 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-08-27 18:19:53.057268
• Title: Quantum error correction below the surface code threshold
• Title（参考訳）: 表面符号閾値以下での量子誤差補正
• Authors: Rajeev Acharya, Laleh Aghababaie-Beni, Igor Aleiner, Trond I. Andersen, Markus Ansmann, Frank Arute, Kunal Arya, Abraham Asfaw, Nikita Astrakhantsev, Juan Atalaya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Brian Ballard, Joseph C. Bardin, Johannes Bausch, Andreas Bengtsson, Alexander Bilmes, Sam Blackwell, Sergio Boixo, Gina Bortoli, Alexandre Bourassa, Jenna Bovaird, Leon Brill, Michael Broughton, David A. Browne, Brett Buchea, Bob B. Buckley, David A. Buell, Tim Burger, Brian Burkett, Nicholas Bushnell, Anthony Cabrera, Juan Campero, Hung-Shen Chang, Yu Chen, Zijun Chen, Ben Chiaro, Desmond Chik, Charina Chou, Jahan Claes, Agnetta Y. Cleland, Josh Cogan, Roberto Collins, Paul Conner, William Courtney, Alexander L. Crook, Ben Curtin, Sayan Das, Alex Davies, Laura De Lorenzo, Dripto M. Debroy, Sean Demura, Michel Devoret, Agustin Di Paolo, Paul Donohoe, Ilya Drozdov, Andrew Dunsworth, Clint Earle, Thomas Edlich, Alec Eickbusch, Aviv Moshe Elbag, Mahmoud Elzouka, Catherine Erickson, Lara Faoro, Edward Farhi, Vinicius S. Ferreira, Leslie Flores Burgos, Ebrahim Forati, Austin G. Fowler, Brooks Foxen, Suhas Ganjam, Gonzalo Garcia, Robert Gasca, Élie Genois, William Giang, Craig Gidney, Dar Gilboa, Raja Gosula, Alejandro Grajales Dau, Dietrich Graumann, Alex Greene, Jonathan A. Gross, Steve Habegger, John Hall, Michael C. Hamilton, Monica Hansen, Matthew P. Harrigan, Sean D. Harrington, Francisco J. H. Heras, Stephen Heslin, Paula Heu, Oscar Higgott, Gordon Hill, Jeremy Hilton, George Holland, Sabrina Hong, Hsin-Yuan Huang, Ashley Huff, William J. Huggins, Lev B. Ioffe, Sergei V. Isakov, Justin Iveland, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Cody Jones, Stephen Jordan, Chaitali Joshi, Pavol Juhas, Dvir Kafri, Hui Kang, Amir H. Karamlou, Kostyantyn Kechedzhi, Julian Kelly, Trupti Khaire, Tanuj Khattar, Mostafa Khezri, Seon Kim, Paul V. Klimov, Andrey R. Klots, Bryce Kobrin, Pushmeet Kohli, Alexander N. Korotkov, Fedor Kostritsa, Robin Kothari, Borislav Kozlovskii, John Mark Kreikebaum, Vladislav D. Kurilovich, Nathan Lacroix, David Landhuis, Tiano Lange-Dei, Brandon W. Langley, Pavel Laptev, Kim-Ming Lau, Loïck Le Guevel, Justin Ledford, Kenny Lee, Yuri D. Lensky, Shannon Leon, Brian J. Lester, Wing Yan Li, Yin Li, Alexander T. Lill, Wayne Liu, William P. Livingston, Aditya Locharla, Erik Lucero, Daniel Lundahl, Aaron Lunt, Sid Madhuk, Fionn D. Malone, Ashley Maloney, Salvatore Mandrá, Leigh S. Martin, Steven Martin, Orion Martin, Cameron Maxfield, Jarrod R. McClean, Matt McEwen, Seneca Meeks, Anthony Megrant, Xiao Mi, Kevin C. Miao, Amanda Mieszala, Reza Molavi, Sebastian Molina, Shirin Montazeri, Alexis Morvan, Ramis Movassagh, Wojciech Mruczkiewicz, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Charles Neill, Ani Nersisyan, Hartmut Neven, Michael Newman, Jiun How Ng, Anthony Nguyen, Murray Nguyen, Chia-Hung Ni, Thomas E. O'Brien, William D. Oliver, Alex Opremcak, Kristoffer Ottosson, Andre Petukhov, Alex Pizzuto, John Platt, Rebecca Potter, Orion Pritchard, Leonid P. Pryadko, Chris Quintana, Ganesh Ramachandran, Matthew J. Reagor, David M. Rhodes, Gabrielle Roberts, Eliott Rosenberg, Emma Rosenfeld, Pedram Roushan, Nicholas C. Rubin, Negar Saei, Daniel Sank, Kannan Sankaragomathi, Kevin J. Satzinger, Henry F. Schurkus, Christopher Schuster, Andrew W. Senior, Michael J. Shearn, Aaron Shorter, Noah Shutty, Vladimir Shvarts, Shraddha Singh, Volodymyr Sivak, Jindra Skruzny, Spencer Small, Vadim Smelyanskiy, W. Clarke Smith, Rolando D. Somma, Sofia Springer, George Sterling, Doug Strain, Jordan Suchard, Aaron Szasz, Alex Sztein, Douglas Thor, Alfredo Torres, M. Mert Torunbalci, Abeer Vaishnav, Justin Vargas, Sergey Vdovichev, Guifre Vidal, Benjamin Villalonga, Catherine Vollgraff Heidweiller, Steven Waltman, Shannon X. Wang, Brayden Ware, Kate Weber, Theodore White, Kristi Wong, Bryan W. K. Woo, Cheng Xing, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Bicheng Ying, Juhwan Yoo, Noureldin Yosri, Grayson Young, Adam Zalcman, Yaxing Zhang, Ningfeng Zhu, Nicholas Zobrist,
• Abstract要約: 量子誤り訂正は、複数の物理量子ビットを論理量子ビットに結合することで、実用的な量子コンピューティングに到達するための経路を提供する。 本研究では, リアルタイムデコーダと統合された距離7符号と距離5符号の2つの面符号メモリを臨界閾値以下で動作させる。 以上の結果から,大規模なフォールトトレラント量子アルゴリズムの動作要件を実現する装置の性能が示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 107.92016014248976
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum error correction provides a path to reach practical quantum computing by combining multiple physical qubits into a logical qubit, where the logical error rate is suppressed exponentially as more qubits are added. However, this exponential suppression only occurs if the physical error rate is below a critical threshold. In this work, we present two surface code memories operating below this threshold: a distance-7 code and a distance-5 code integrated with a real-time decoder. The logical error rate of our larger quantum memory is suppressed by a factor of $\Lambda$ = 2.14 $\pm$ 0.02 when increasing the code distance by two, culminating in a 101-qubit distance-7 code with 0.143% $\pm$ 0.003% error per cycle of error correction. This logical memory is also beyond break-even, exceeding its best physical qubit's lifetime by a factor of 2.4 $\pm$ 0.3. We maintain below-threshold performance when decoding in real time, achieving an average decoder latency of 63 $\mu$s at distance-5 up to a million cycles, with a cycle time of 1.1 $\mu$s. To probe the limits of our error-correction performance, we run repetition codes up to distance-29 and find that logical performance is limited by rare correlated error events occurring approximately once every hour, or 3 $\times$ 10$^9$ cycles. Our results present device performance that, if scaled, could realize the operational requirements of large scale fault-tolerant quantum algorithms.
• Abstract（参考訳）: 量子誤り訂正は、複数の物理量子ビットを論理量子ビットに組み合わせ、論理的誤り率を指数関数的に抑制し、より多くの量子ビットを追加することで、実用的な量子コンピューティングに到達する道を提供する。 しかし、この指数的な抑制は、物理誤差率が臨界しきい値以下である場合にのみ発生する。 本研究では,このしきい値以下で動作する2つのサーフェスコードメモリ,すなわち,リアルタイムデコーダと統合された距離7符号と距離5符号を示す。 我々のより大きな量子メモリの論理誤差率は、符号距離を2倍に増やすとき、$\Lambda$ = 2.14$\pm$0.02の係数で抑制され、エラー修正のサイクルあたり0.143%$\pm$ 0.003%の101キュービット距離7符号で終わる。 この論理記憶はブレークエクイティを超えていて、最高の物理量子ビットの寿命を2.4$\pm$ 0.3に超えている。 我々は,デコーダの平均遅延が63ドル/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m /m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m/m /m/m/m 誤り訂正性能の限界を探索するために、我々は距離29までの繰り返しコードを実行し、論理的性能は、約1時間に1回、または3$\times$10$^9$サイクルで発生する稀な相関エラーイベントによって制限されていることを発見した。 以上の結果から,大規模なフォールトトレラント量子アルゴリズムの動作要件を実現する装置の性能が示唆された。

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