論文の概要: Architectures for Heterogeneous Quantum Error Correction Codes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.03202v1
• Date: Tue, 05 Nov 2024 15:49:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-06 14:59:28.433979
• Title: Architectures for Heterogeneous Quantum Error Correction Codes
• Title（参考訳）: 不均一量子誤り訂正符号のアーキテクチャ
• Authors: Samuel Stein, Shifan Xu, Andrew W. Cross, Theodore J. Yoder, Ali Javadi-Abhari, Chenxu Liu, Kun Liu, Victor Zhou, Charles Guinn, Yufei Ding, Yongshan Ding, Ang Li,
• Abstract要約: 不均一なアーキテクチャは、普遍論理計算への明確な経路を提供する。 本研究では,アシラバスを用いてコード間データ移動のためのサーフェスコードとグロスコードを統合することを提案する。 アルゴリズムを特定の論理誤差率で実行する場合、物理量子ビットの最大6.42倍の減少を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.488578754808676
• License:
• Abstract: Quantum Error Correction (QEC) is essential for future quantum computers due to its ability to exponentially suppress physical errors. The surface code is a leading error-correcting code candidate because of its local topological structure, experimentally achievable thresholds, and support for universal gate operations with magic states. However, its physical overhead scales quadratically with number of correctable errors. Conversely, quantum low-density parity-check (qLDPC) codes offer superior scaling but lack, on their own, a clear path to universal logical computation. Therefore, it is becoming increasingly evident is becoming that there are significant advantages to designing architectures using multiple codes. Heterogeneous architectures provide a clear path to universal logical computation as well as the ability to access different resource trade offs. To address this, we propose integrating the surface code and gross code using an ancilla bus for inter-code data movement. This approach involves managing trade-offs, including qubit overhead, a constrained instruction set, and gross code (memory) routing and management. While our focus is on the gross-surface code architecture, our method is adaptable to any code combination and the constraints generated by that specific architecture. Motivated by the potential reduction of physical qubit overhead, an ever important feature in the realization of fault tolerant computation, we perform the first full system study of heterogeneous error-correcting codes, discovering architectural trade-offs and optimizing around them. We demonstrate physical qubit reductions of up to 6.42x when executing an algorithm to a specific logical error rate, at the cost of up to a 3.43x increase in execution time.
• Abstract（参考訳）: 量子エラー補正(Quantum Error Correction, QEC)は、物理誤差を指数的に抑制する能力のため、将来の量子コンピュータにとって不可欠である。 サーフェスコードは、局所的なトポロジカルな構造、実験的に達成可能なしきい値、マジック状態を持つユニバーサルゲート操作のサポートのため、エラー訂正コード候補として主要なものである。 しかし、物理オーバーヘッドは修正可能なエラーの数で2倍にスケールする。 逆に、量子低密度パリティチェック(qLDPC)符号はより優れたスケーリングを提供するが、それ自体は普遍論理計算への明確な経路を欠いている。 そのため、複数のコードを使ってアーキテクチャを設計する上で大きな利点があることが、ますます明らかになりつつある。 不均一なアーキテクチャは、普遍的な論理計算への明確な経路と、異なるリソーストレードオフにアクセスする能力を提供する。 そこで本研究では,アシラバスを用いたコード間データ移動のためのサーフェスコードとグロウトコードの統合を提案する。 このアプローチでは、qubitオーバーヘッド、制約付き命令セット、全体コード(メモリ)ルーティングと管理など、トレードオフを管理する。 私たちのアプローチは、表面的なコードアーキテクチャに重点を置いていますが、その特定のアーキテクチャによって生成されるあらゆるコードの組み合わせと制約に適応できます。 フォールトトレラント計算の実現における重要な特徴である物理量子ビットオーバーヘッドの潜在的な削減により、不均一なエラー訂正符号の完全なシステム研究を行い、アーキテクチャ上のトレードオフを発見し、その周辺を最適化する。 我々は,特定の論理誤差率にアルゴリズムを実行する場合,実行時間の最大3.43倍のコストで,最大6.42倍の量子ビット削減を実演する。

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