論文の概要: Magic State Injection on IBM Quantum Processors Above the Distillation Threshold
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.01446v3
- Date: Wed, 18 Dec 2024 00:27:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-19 16:46:06.333980
- 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: この研究は、IBM量子プロセッサに量子ビット効率の回転重六角形曲面符号を用いる。
論理ビットと位相フリップの誤差の閾値はそれぞれ$approx0.37%$と$approx0.31%$である。
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の実現の可能性を示す。
- 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. Universal fault-tolerance requires error-corrected non-Clifford operations, in addition to Clifford gates, and for the former, it is imperative to experimentally demonstrate additional resources known as magic states. Another challenge is to efficiently embed surface codes into quantum hardware with connectivity constraints. This work simultaneously addresses both challenges by employing a qubit-efficient rotated heavy-hexagonal surface code for IBM quantum processors (\texttt{ibm\_fez}) and implementing the magic state injection protocol. Our work reports error thresholds for both logical bit- and phase-flip errors, of $\approx0.37\%$ 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 realising 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、フォールトトレラント量子計算を実装するための有望なアプローチである。
ユニバーサルフォールトトレランスはクリフォードゲートに加えてエラー修正された非クリフォード演算を必要とし、前者はマジックステートとして知られる追加のリソースを実験的に実証することが必須である。
もう1つの課題は、接続制約のある量子ハードウェアに表面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})に量子ビット効率の回転重六角形曲面コードを導入し、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、両方の課題に同時に対処する。
我々の研究は、従来の埋め込みで報告された閾値よりも高い$\approx0.37\%$と$\approx0.31\%$の論理ビットフリップエラーのエラー閾値を報告している。
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の実現の可能性を示す。
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