論文の概要: One-shot distillation with constant overhead using catalysts

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.14547v2
• Date: Tue, 14 Oct 2025 09:03:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-15 23:38:37.172511
• Title: One-shot distillation with constant overhead using catalysts
• Title（参考訳）: 触媒を用いた一発蒸留
• Authors: Kun Fang, Zi-Wen Liu,
• Abstract要約: オーバヘッド蒸留の最小化は、量子計算やその他の技術の実現に不可欠である。 特に, マジック状態蒸留では, 分岐バッチサイズ問題に対処するための経路を舗装する。 動的量子資源に技法を拡張し、相互情報が一発触媒チャネル変換を決定することを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.771547570340179
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum resource distillation is a fundamental task in quantum information science and technology. Minimizing the overhead of distillation is crucial for the realization of quantum computation and other technologies. Here we explicitly demonstrate how, for general quantum resources, suitably designed quantum catalysts (i.e., auxiliary systems that remain unchanged before and after the process) enable distillation with constant overhead in the practical one-shot setting, thereby overcoming the established logarithmic lower bound for one-shot distillation overhead. In particular, for magic state distillation, our catalysis method paves a path for tackling the diverging batch size problem associated with code-based low-overhead protocols by enabling arbitrary reduction of the protocol size for any desired accuracy. Notably, this first yields constant-overhead magic state distillation methods with controllable protocol size. Furthermore, we demonstrate a tunable spacetime trade-off between overhead and success probability enabled by catalysts which offers significant versatility for practical implementation. Finally, we extend catalysis techniques to dynamical quantum resources and show that channel mutual information determines one-shot catalytic channel transformation, thereby advancing our understanding for both dynamical catalysis and information theory.
• Abstract（参考訳）: 量子資源の蒸留は、量子情報科学と技術における基本的な課題である。 蒸留のオーバーヘッドを最小限に抑えることは、量子計算やその他の技術の実現に不可欠である。 ここでは、一般の量子資源に対して、適切な設計の量子触媒(すなわち、プロセス前後で変化しない補助系)が実用的なワンショット設定において一定のオーバーヘッドで蒸留を可能とし、1ショットの蒸留オーバーヘッドに対して確立された対数的下界を克服する方法を明確に示す。 特に, マジック状態蒸留では, 任意の精度でプロトコルサイズを任意に削減し, コードベース低オーバヘッドプロトコルに関連するバッチサイズ問題に対処するための経路を導出する。 第一に、制御可能なプロトコルサイズで一定のオーバーヘッドマジック状態蒸留法が得られる。 さらに, 触媒が実現したオーバヘッドと成功確率の時間的トレードオフを実証し, 実用的な実装に有意な汎用性を提供する。 最後に, 触媒法を動的量子資源に拡張し, チャネル相互情報が一発触媒チャネル変換を決定することを示すことにより, 動的触媒と情報理論の両方に対する理解を深める。

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