論文の概要: Fault-Tolerant Belief Propagation for Practical Quantum Memory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.18689v1
• Date: Fri, 27 Sep 2024 12:21:45 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-10-01 16:10:18.731549
• Title: Fault-Tolerant Belief Propagation for Practical Quantum Memory
• Title（参考訳）: 実用的量子メモリのためのフォールトトレラントな信念伝播
• Authors: Kao-Yueh Kuo, Ching-Yi Lai,
• Abstract要約: 信頼性量子メモリに対するフォールトトレラントなアプローチは、スケーラブルな量子コンピューティングには不可欠である。 本稿では,複数ラウンドのシンドローム抽出と混合アルファベット誤差変数を用いた時空間タナーグラフを用いたデコーダを提案する。 シミュレーションでは,0.4%-0.87%のエラーしきい値とトポロジカルコード群に対する強いエラーフロア性能を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.322831694506286
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: A fault-tolerant approach to reliable quantum memory is essential for scalable quantum computing, as physical qubits are susceptible to noise. Quantum error correction (QEC) must be continuously performed to prolong the memory lifetime. In QEC, error syndromes are generated rapidly, often within the execution time of a few quantum gates, requiring decoders to process this error data with equal speed. A typical QEC cycle involves multiple rounds of syndrome measurements, causing potential error locations to scale rapidly with the code size and the number of measurement rounds. However, no such decoders currently exist for general quantum low-density parity-check codes. In this paper, we propose a fault-tolerant belief propagation (FTBP) decoder that utilizes a space-time Tanner graph across multiple rounds of syndrome extraction with mixed-alphabet error variables. To enhance FTBP, we introduce a technique of probabilistic error consolidation to mitigate degeneracy effects and short cycles. Additionally, we propose an adaptive sliding window procedure that captures long error events across window boundaries and adjusts the decoding in real time. Our simulations demonstrate high error thresholds of 0.4%-0.87% and strong error-floor performance for topological code families, including rotated toric, toric color, and twisted XZZX toric codes.
• Abstract（参考訳）: 物理量子ビットはノイズの影響を受けやすいため、信頼性の高い量子メモリに対するフォールトトレラントなアプローチはスケーラブルな量子コンピューティングに不可欠である。 量子誤り訂正(QEC)は、記憶寿命を延ばすために連続的に行う必要がある。 QECでは、エラーシンドロームは数個の量子ゲートの実行時間内で急速に生成され、デコーダがこのエラーデータを同じ速度で処理する必要がある。 典型的なQECサイクルは、複数の症候群測定ラウンドを伴い、コードサイズと測定ラウンド数に応じて潜在的なエラー位置が急速にスケールする。 しかしながら、一般的な量子低密度パリティチェック符号にはそのようなデコーダは存在しない。 本稿では,複数ラウンドのシンドローム抽出と混合アルファベット誤差変数を用いた時空間タナーグラフを用いたFTBPデコーダを提案する。 FTBPを向上させるために,縮退効果と短周期を緩和する確率的誤差統合手法を提案する。 さらに、ウィンドウ境界を越えて長いエラーイベントをキャプチャし、デコードをリアルタイムで調整する適応型スライディングウインドウプロシージャを提案する。 本シミュレーションでは, トリック回転, トリック色, ツイストXZXトリックコードを含むトポロジカルコード群に対して, 0.4%-0.87%のエラー閾値と強いエラーフロア性能を示す。

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