論文の概要: Achieving computational gains with quantum error correction primitives: Generation of long-range entanglement enhanced by error detection

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.14638v1
• Date: Fri, 22 Nov 2024 00:08:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-25 15:01:05.593317
• Title: Achieving computational gains with quantum error correction primitives: Generation of long-range entanglement enhanced by error detection
• Title（参考訳）: 量子誤差補正プリミティブによる計算ゲインの達成:誤差検出による長距離絡みの生成
• Authors: Haoran Liao, Gavin S. Hartnett, Ashish Kakkar, Adrian Tan, Michael Hush, Pranav S. Mundada, Michael J. Biercuk, Yuval Baum,
• Abstract要約: 論理エンコーディングのないQECプリミティブの戦略的応用は超伝導プロセッサにおいて大きな利点をもたらす可能性があることを示す。 本稿では,GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)状態に依存した長距離CNOTゲートを実装するための新しいプロトコルを提案する。 我々は,現在報告されている中で最大である,真の多部絡み合いを示す75量子GHZ状態を生成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The resource overhead required to achieve net computational benefits from quantum error correction (QEC) limits its utility while current systems remain constrained in size, despite exceptional progress in experimental demonstrations. In this paper, we demonstrate that the strategic application of QEC primitives without logical encoding can yield significant advantages on superconducting processors--relative to any alternative error-reduction strategy--while only requiring modest overhead. We first present a novel protocol for implementing long-range CNOT gates that relies on a unitarily-prepared Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) state as well as a unitary disentangling step; the protocol natively introduces an error-detection process using the disentangled qubits as flags. We demonstrate that it achieves state-of-the-art gate fidelities of over 85% across up to 40 lattice sites, significantly and consistently outperforming the best alternative measurement-based protocol without introducing any additional ancilla qubits. We then apply sparse stabilizer measurements to generate large GHZ states by detecting bit-flip and amplitude-damping errors. Employing this technique in combination with deterministic error suppression, we generate a 75-qubit GHZ state exhibiting genuine multipartite entanglement, the largest reported to date. The generation requires no more than 9 ancilla qubits and the fraction of samples discarded due to errors grows no higher than 78%, far lower than previous discard fractions required for tests using comparable numbers of fully encoded qubits. This work in total represents compelling evidence that adopting QEC primitives on current-generation devices can deliver substantial net benefits.
• Abstract（参考訳）: 量子エラー補正(QEC)によるネット計算の利点を達成するために必要なリソースオーバーヘッドは、実験的な進歩にもかかわらず、現在のシステムのサイズが制限されている間、その有用性を制限している。 本稿では,QECプリミティブの論理的エンコーディングを伴わない戦略的応用が,超伝導プロセッサにおいて大きな優位性をもたらすことを実証する。 まず,GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)状態に依存した長距離CNOTゲートを実装するための新しいプロトコルを提案する。 提案手法は,最大40の格子サイトに対して85%以上の最先端ゲート忠実度を実現し,アシラ量子ビットを付加することなく,最も優れた測定ベースのプロトコルを著しくかつ一貫して上回ることを示す。 次に,ビットフリップおよび振幅減衰誤差を検知して大きなGHZ状態を生成するためにスパース安定化器計測を適用した。 この手法を決定論的誤差抑制と組み合わせることで,75kbitのGHZ状態が生成される。 生成には9個のアンシラ量子ビットしか必要とせず、エラーによって破棄されたサンプルの数は78%以上増加し、完全に符号化された量子ビットの同等の数でテストを行うのに必要な過去の廃棄分数よりもはるかに少ない。 この研究は、QECプリミティブを現行のデバイスに採用することは、実質的な純利益をもたらすという説得力のある証拠である。

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