論文の概要: Quantum Prometheus: Defying Overhead with Recycled Ancillas in Quantum Error Correction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.12813v1
• Date: Tue, 19 Nov 2024 19:06:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-21 16:11:56.399137
• Title: Quantum Prometheus: Defying Overhead with Recycled Ancillas in Quantum Error Correction
• Title（参考訳）: 量子プロメテウス(quantum Prometheus) : 量子エラー補正における再生アンシラによるオーバーヘッドの除去
• Authors: Avimita Chatterjee, Archishman Ghosh, Swaroop Ghosh,
• Abstract要約: 量子エラー訂正(QEC)は、量子コンピュータの信頼性を確保するために重要である。 QEC符号は安定化器測定のためのアンシラ量子ビットに大きく依存する。 我々は,X型およびZ型安定器で同じアンシラ量子ビットを再利用することにより,アンシラ量子ビット数の削減を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.089191490381739
• License:
• Abstract: Quantum error correction (QEC) is crucial for ensuring the reliability of quantum computers. However, implementing QEC often requires a significant number of qubits, leading to substantial overhead. One of the major challenges in quantum computing is reducing this overhead, especially since QEC codes depend heavily on ancilla qubits for stabilizer measurements. In this work, we propose reducing the number of ancilla qubits by reusing the same ancilla qubits for both X- and Z-type stabilizers. This is achieved by alternating between X and Z stabilizer measurements during each half-round, cutting the number of required ancilla qubits in half. This technique can be applied broadly across various QEC codes, we focus on rotated surface codes only and achieve nearly \(25\%\) reduction in total qubit overhead. We also present a few use cases where the proposed idea enables the usage of higher-distance surface codes at a relatively lesser qubit count. Our analysis shows that the modified approach enables users to achieve similar or better error correction with fewer qubits, especially for higher distances (\(d \geq 13\)). Additionally, we identify conditions where the modified code allows for extended distances (\(d + k\)) while using the same or fewer resources as the original, offering a scalable and practical solution for quantum error correction. These findings emphasize the modified surface code's potential to optimize qubit usage in resource-constrained quantum systems.
• Abstract（参考訳）: 量子エラー訂正(QEC)は、量子コンピュータの信頼性を確保するために重要である。 しかし、QECの実装にはかなりの数の量子ビットが必要であり、かなりのオーバーヘッドが生じる。 量子コンピューティングにおける大きな課題の1つは、特にQEC符号が安定化器の測定にアンシラ量子ビットに大きく依存するため、このオーバーヘッドを減らすことである。 本研究では,X型およびZ型安定器において,同じアンシラ量子ビットを再利用することにより,アンシラ量子ビット数の削減を提案する。 これは、各半ラウンドでXとZの安定化器の測定を交互に行い、必要なアシラ量子ビットの数を半分に削減することで達成される。 この手法は様々なQEC符号に広く適用でき、回転曲面符号のみに焦点をあて、全量子ビットオーバヘッドにおいてほぼ25\%\)の削減を実現する。 また、提案手法により、より少ない量子ビット数で高距離曲面符号を使用できるいくつかのユースケースも提示する。 提案手法は,特に高次距離(d \geq 13\)において,より少ない量子ビットで類似あるいはより良い誤り訂正を実現することができることを示す。 さらに,修正符号が拡張距離 (\(d + k\) を許容する条件を,原文と同じあるいは少ない資源を用いて,量子誤り訂正のためのスケーラブルで実用的なソリューションを提供する。 これらの知見は、資源制約量子系における量子ビットの利用を最適化する修正表面符号の可能性を強調した。

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