論文の概要: SymBreak: Mitigating Quantum Degeneracy Issues in QLDPC Code Decoders by Breaking Symmetry

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.02885v1
• Date: Tue, 03 Dec 2024 22:45:43 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-05 15:07:45.841415
• Title: SymBreak: Mitigating Quantum Degeneracy Issues in QLDPC Code Decoders by Breaking Symmetry
• Title（参考訳）: SymBreak: QLDPCコードデコーダにおける量子デジェネリティーの問題の解法
• Authors: Keyi Yin, Xiang Fang, Jixuan Ruan, Hezi Zhang, Dean Tullsen, Andrew Sornborger, Chenxu Liu, Ang Li, Travis Humble, Yufei Ding,
• Abstract要約: 量子低密度パリティチェック (qLDPC) コードは有望な代替として出現し、より少ない量子ビットを必要とする。 SymBreakはqLDPC符号のための新しいデコーダで、デコードグラフを適応的に修正し、最先端の信条伝搬デコーダの性能を向上させる。 以上の結果から,Symbreak は BP と BP+OSD より複雑な BP の変種である BP と BP+OSD を,BP と比較して論理誤差率を 16.17 ドル,qLDPC のコードファミリで 3.23 ドルで上回った。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.97553415798807
• License:
• Abstract: Quantum error correction (QEC) is critical for scalable and reliable quantum computing, but existing solutions, such as surface codes, incur significant qubit overhead. Quantum low-density parity check (qLDPC) codes have recently emerged as a promising alternative, requiring fewer qubits. However, the lack of efficient decoders remains a major barrier to their practical implementation. In this work, we introduce SymBreak, a novel decoder for qLDPC codes that adaptively modifies the decoding graph to improve the performance of state-of-the-art belief propagation (BP) decoders. Our key contribution is identifying quantum degeneracy as a root cause of the convergence issues often encountered in BP decoding of quantum LDPC codes. We propose a solution that mitigates this issue at the decoding graph level, achieving both fast and accurate decoding. Our results demonstrate that SymBreak outperforms BP and BP+OSD-a more complex variant of BP-with a $16.17\times$ reduction in logical error rate compared to BP and $3.23\times$ compared to BP+OSD across various qLDPC code families. With only an $18.97$% time overhead compared to BP, SymBreak provides significantly faster decoding times than BP+OSD, representing a major advancement in efficient and accurate decoding for qLDPC-based QEC architectures.
• Abstract（参考訳）: 量子誤り訂正(QEC)はスケーラブルで信頼性の高い量子コンピューティングにおいて重要であるが、サーフェスコードのような既存のソリューションでは大きな量子ビットオーバーヘッドが生じる。 量子低密度パリティチェック(qLDPC)コードは、最近、より少ない量子ビットを必要とする有望な代替手段として登場した。 しかし、効率的なデコーダの欠如は、その実装にとって大きな障壁である。 本研究では,qLDPC符号のための新しいデコーダであるSymBreakを導入する。このデコーダは,デコードグラフを適応的に修正し,最先端のデコーダ(BP)デコーダの性能を向上させる。 我々の重要な貢献は、量子LDPC符号のBP復号においてしばしば発生する収束問題の根本原因として量子縮退を同定することである。 本稿では,この問題を復号化グラフレベルで緩和し,高速かつ高精度な復号化を実現するソリューションを提案する。 以上の結果から,SymBreak は BP と BP+OSD より複雑な BP の変種である BP と BP+OSD を,BP と比較して論理誤差率を 16.17 で,qLDPC のコードファミリでは 3.23 で,それぞれ BP+OSD より優れていた。 BPと比較して18.97$%の時間オーバーヘッドしか持たず、SymBreakはBP+OSDよりもはるかに高速な復号時間を提供しており、qLDPCベースのQECアーキテクチャの効率的かつ正確な復号化の大きな進歩を示している。

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