論文の概要: Efficient fault-tolerant code switching via one-way transversal CNOT gates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.13465v1
• Date: Fri, 20 Sep 2024 12:54:47 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-11-07 07:04:14.214078
• Title: Efficient fault-tolerant code switching via one-way transversal CNOT gates
• Title（参考訳）: 片道横断CNOTゲートによる高能率耐故障コードスイッチング
• Authors: Sascha Heußen, Janine Hilder,
• Abstract要約: スイッチングゲートのみを用いることで、FT回路設計の制約を尊重するコードスキームを提案する。 我々は、既存の量子プロセッサの動作に適した低距離カラーコードへのスキームの適用を解析する。 論理的補助量子ビットが十分に確実に準備できることを前提として、このスキームを大規模な並列化でどのように実装できるかを論じる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Code switching is an established technique that facilitates a universal set of FT quantum gate operations by combining two QEC codes with complementary sets of gates, which each by themselves are easy to implement fault-tolerantly. In this work, we present a code switching scheme that respects the constraints of FT circuit design by only making use of transversal gates. These gates are intrinsically FT without additional qubit overhead. We analyze application of the scheme to low-distance color codes, which are suitable for operation in existing quantum processors, for instance based on trapped ions or neutral atoms. We briefly discuss connectivity constraints that arise for architectures based on superconducting qubits. Numerical simulations of circuit-level noise indicate that a logical $T$-gate, facilitated by our scheme, could outperform both flag-FT magic state injection protocols and a physical $T$-gate at low physical error rates. Transversal code switching naturally scales to code pairs of arbitrary code distance. We observe improved performance of a distance-5 protocol compared to both the distance-3 implementation and the physical gate for realistically attainable physical entangling gate error rates. We discuss how the scheme can be implemented with a large degree of parallelization, provided that logical auxiliary qubits can be prepared reliably enough. Our logical $T$-gate circumvents potentially costly magic state factories. The requirements to perform QEC and to achieve an FT universal gate set are then essentially the same: Prepare logical auxiliary qubits offline, execute transversal gates and perform fast-enough measurements. Transversal code switching thus serves to enable more practical hardware realizations of FT universal quantum computation. The scheme alleviates resource requirements for experimental demonstrations of quantum algorithms run on logical qubits.
• Abstract（参考訳）: コードスイッチングは、2つのQEC符号と相補的なゲートセットを組み合わせることで、FT量子ゲート操作の普遍的なセットを容易にする確立された技術であり、それぞれがフォールトトレラントの実装が容易である。 本研究では,FT回路設計の制約を考慮に入れたコードスイッチング方式を提案する。 これらのゲートは本質的にFTであり、追加のキュービットオーバーヘッドはない。 我々は、既存の量子プロセッサ(例えば、閉じ込められたイオンや中性原子)での動作に適した、低距離カラーコードへのスキームの適用を解析する。 超伝導量子ビットに基づくアーキテクチャにおいて生じる接続制約について,簡潔に論じる。 回路レベルの雑音の数値シミュレーションにより,本手法により促進される論理的な$T$ゲートは,フラグ-FTマジック状態注入プロトコルと物理値の$T$ゲートを低物理誤差で上回る可能性が示唆された。 トランスバーサルコードスイッチングは、任意のコード距離のコードペアに自然にスケールする。 距離3実装と物理ゲートの両方と比較して,距離5プロトコルの性能向上を観察し,現実的に実現可能な物理エンタングゲート誤差率について検討した。 論理的補助量子ビットが十分に確実に準備できることを前提として、このスキームを大規模な並列化でどのように実装できるかを論じる。 当社の論理的な$T$-gateは、コストのかかる州立工場を回避します。 QECを実行し、FTユニバーサルゲートセットを達成するための要件は、基本的に同じである: 論理補助キュービットをオフラインに準備し、トランスバースゲートを実行し、高速に測定する。 したがって、トランスバーサル符号切替は、FT普遍量子計算のより実用的なハードウェア実現を可能にする。 このスキームは、論理量子ビット上で実行される量子アルゴリズムの実験的なデモンストレーションのためのリソース要件を緩和する。

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