論文の概要: Multiplexed bi-layered realization of fault-tolerant quantum computation over optically networked trapped-ion modules

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.08616v1
• Date: Wed, 13 Nov 2024 14:04:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-14 16:10:22.337238
• Title: Multiplexed bi-layered realization of fault-tolerant quantum computation over optically networked trapped-ion modules
• Title（参考訳）: 光ネットワークトラップイオンモジュール上でのフォールトトレラント量子計算の多重二層化実現
• Authors: Nitish K. Chandra, Saikat Guha, Kaushik P. Seshadreesan,
• Abstract要約: 我々は,光ネットワーク型トラップイオンモジュール上でのフォールトトレラント測定に基づく量子計算のアーキテクチャについて検討した。 我々は, 格子結合破壊やクォービットノイズに対して頑健なRHG格子クラスター状態の生成に焦点をあてる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6849746341453253
• License:
• Abstract: We study an architecture for fault-tolerant measurement-based quantum computation (FT-MBQC) over optically-networked trapped-ion modules. The architecture is implemented with a finite number of modules and ions per module, and leverages photonic interactions for generating remote entanglement between modules and local Coulomb interactions for intra-modular entangling gates. We focus on generating the topologically protected Raussendorf-Harrington-Goyal (RHG) lattice cluster state, which is known to be robust against lattice bond failures and qubit noise, with the modules acting as lattice sites. To ensure that the remote entanglement generation rates surpass the bond-failure tolerance threshold of the RHG lattice, we employ spatial and temporal multiplexing. For realistic system timing parameters, we estimate the code cycle time of the RHG lattice and the ion resources required in a bi-layered implementation, where the number of modules matches the number of sites in two lattice layers, and qubits are reinitialized after measurement. For large distances between modules, we incorporate quantum repeaters between sites and analyze the benefits in terms of cumulative resource requirements. Finally, we derive and analyze a qubit noise-tolerance threshold inequality for the RHG lattice generation in the proposed architecture that accounts for noise from various sources. This includes the depolarizing noise arising from the photonically-mediated remote entanglement generation between modules due to finite optical detection efficiency, limited visibility, and the presence of dark clicks, in addition to the noise from imperfect gates and measurements, and memory decoherence with time. Our work thus underscores the hardware and channel threshold requirements to realize distributed FT-MBQC in a leading qubit platform today -- trapped ions.
• Abstract（参考訳）: 我々は,光ネットワーク型トラップイオンモジュール上での耐故障測定に基づく量子計算(FT-MBQC)のアーキテクチャについて検討した。 このアーキテクチャはモジュールごとに有限個のモジュールとイオンで実装され、モジュール間のリモートの絡み合いとモジュール内の絡み合いゲートに対するローカルのクーロン相互作用を生成するためにフォトニック相互作用を利用する。 我々は, 格子結合破壊や量子ノイズに対して頑健なRHG格子クラスター状態の生成に焦点をあて, モジュールが格子サイトとして機能することが知られている。 RHG格子の耐接着性しきい値を超える遠隔絡み合いの発生率を確保するために,空間的および時間的多重化を用いる。 実際のシステムタイミングパラメータについて、RHG格子のコードサイクル時間と2層実装に必要なイオン資源を推定する。 モジュール間の距離が大きい場合は、サイト間で量子リピータを組み込み、累積的なリソース要求の観点からその利点を分析する。 最後に,様々な音源からのノイズを考慮に入れたアーキテクチャにおいて,RHG格子生成の量子ビット雑音耐性しきい値の不等式を導出し,解析する。 これには、光学的に媒介されるモジュール間のリモート絡み合わせ発生から生じる除極ノイズ、有限光検出効率、可視性制限、ダーククリックの存在、不完全なゲートや測定からのノイズ、時間によるメモリデコヒーレンスなどが含まれる。 われわれの研究は、現在主要な量子ビットプラットフォームで分散FT-MBQCを実現するためのハードウェアとチャネルのしきい値要件を裏付けるものだ。

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