論文の概要: Magic State Injection on IBM Quantum Processors Above the Distillation Threshold
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.01446v2
- Date: Tue, 03 Dec 2024 05:30:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-04 15:43:53.574056
- Title: Magic State Injection on IBM Quantum Processors Above the Distillation Threshold
- Title（参考訳）: IBMの量子プロセッサのマジックステートインジェクション
- Authors: Younghun Kim, Martin Sevior, Muhammad Usman,
- Abstract要約: 本研究は、IBM量子プロセッサに量子ビット効率の回転重六角形表面符号を埋め込むことを提案する。
論理ビットと位相フリップの両方のエラー閾値を報告し、それぞれ$approx0.37%$と$approx0.31%$を得た。
我々の研究は、IBM量子デバイス上で高忠実な論理マジック状態を生成することによって、非クリフォード論理ゲートを実装する可能性を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7359033750147501
- License:
- Abstract: The surface code family is a promising approach to implementing fault-tolerant quantum computations by providing the desired reliability via scaling the code size. For universal fault-tolerance requiring logical non-Clifford quantum operations in addition to Clifford gates, it is imperative to experimentally demonstrate the implementation of additional resources known as magic states, which is a highly non-trivial task. Another key challenge is efficient embedding of surface code in quantum hardware layout to harness its inherent error resilience and magic state preparation techniques, which becomes a difficult task for hardware platforms with connectivity constraints. This work simultaneously addresses both challenges by proposing a qubit-efficient rotated heavy-hexagonal surface code embedding in IBM quantum processors (\texttt{ibm\_fez}) and implementing the code-based magic state injection protocol. Our work reports error thresholds for both logical bit- and phase-flip errors, obtaining $\approx0.37\%$ and $\approx0.31\%$, respectively, which are higher than the threshold values previously reported with traditional embedding. The post-selection-based preparation of logical magic states $|H_L\rangle$ and $|T_L\rangle$ achieve fidelities of $0.8806\pm0.0002$ and $0.8665\pm0.0003$, respectively, which are both above the magic state distillation threshold. Additionally, we report the minimum fidelity among injected arbitrary single logical qubit states as $0.8356\pm0.0003$. Our work demonstrates the potential for implementing non-Clifford logical gates by producing high-fidelity logical magic states on IBM quantum devices.
- Abstract（参考訳）: サーフェスコードファミリは、コードサイズをスケールすることで望ましい信頼性を提供することによって、フォールトトレラントな量子計算を実装するための有望なアプローチである。
クリフォードゲートに加えて論理的非クリフォード量子演算を必要とする普遍的フォールトトレランスに対しては、マジックステートと呼ばれる追加資源の実装を実験的に実証することが不可欠である。
もうひとつの重要な課題は、その固有のエラーレジリエンスとマジック状態準備技術を活用するために、量子ハードウェアレイアウトにサーフェスコードを効率的に埋め込むことである。
この研究は、IBM量子プロセッサ(\texttt{ibm\_fez})に埋め込み、コードベースのマジックステートインジェクションプロトコルを実装することで、量子ビット効率の回転重六角面コードを提案する。
従来の埋め込みで報告されたしきい値よりも高い$\approx0.37\%$と$\approx0.31\%$が得られる。
選択後の論理マジック状態の合成は、それぞれ$|H_L\rangle$と$|T_L\rangle$で、それぞれ$0.8806\pm0.0002$と$0.8665\pm0.0003$である。
さらに、注入された任意の単一論理量子ビット状態の最小忠実度を0.8356\pm0.0003$と報告する。
我々の研究は、IBM量子デバイス上で高忠実な論理マジック状態を生成することによって、非クリフォード論理ゲートを実装する可能性を示す。
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