論文の概要: Scaling and logic in the color code on a superconducting quantum processor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.14256v1
- Date: Wed, 18 Dec 2024 19:00:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-20 13:30:57.951056
- Title: Scaling and logic in the color code on a superconducting quantum processor
- Title(参考訳): 超伝導量子プロセッサの色コードにおけるスケーリングと論理
- Authors: Nathan Lacroix, Alexandre Bourassa, Francisco J. H. Heras, Lei M. Zhang, Johannes Bausch, Andrew W. Senior, Thomas Edlich, Noah Shutty, Volodymyr Sivak, Andreas Bengtsson, Matt McEwen, Oscar Higgott, Dvir Kafri, Jahan Claes, Alexis Morvan, Zijun Chen, Adam Zalcman, Sid Madhuk, Rajeev Acharya, Laleh Aghababaie Beni, Georg Aigeldinger, Ross Alcaraz, Trond I. Andersen, Markus Ansmann, Frank Arute, Kunal Arya, Abraham Asfaw, Juan Atalaya, Ryan Babbush, Brian Ballard, Joseph C. Bardin, Alexander Bilmes, Sam Blackwell, Jenna Bovaird, Dylan Bowers, Leon Brill, Michael Broughton, David A. Browne, Brett Buchea, Bob B. Buckley, Tim Burger, Brian Burkett, Nicholas Bushnell, Anthony Cabrera, Juan Campero, Hung-Shen Chang, Ben Chiaro, Liang-Ying Chih, Agnetta Y. Cleland, Josh Cogan, Roberto Collins, Paul Conner, William Courtney, Alexander L. Crook, Ben Curtin, Sayan Das, Sean Demura, Laura De Lorenzo, Agustin Di Paolo, Paul Donohoe, Ilya Drozdov, Andrew Dunsworth, Alec Eickbusch, Aviv Moshe Elbag, Mahmoud Elzouka, Catherine Erickson, Vinicius S. Ferreira, Leslie Flores Burgos, Ebrahim Forati, Austin G. Fowler, Brooks Foxen, Suhas Ganjam, Gonzalo Garcia, Robert Gasca, Élie Genois, William Giang, Dar Gilboa, Raja Gosula, Alejandro Grajales Dau, Dietrich Graumann, Alex Greene, Jonathan A. Gross, Tan Ha, Steve Habegger, Monica Hansen, Matthew P. Harrigan, Sean D. Harrington, Stephen Heslin, Paula Heu, Reno Hiltermann, Jeremy Hilton, Sabrina Hong, Hsin-Yuan Huang, Ashley Huff, William J. Huggins, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Xiaoxuan Jin, Chaitali Joshi, Pavol Juhas, Andreas Kabel, Hui Kang, Amir H. Karamlou, Kostyantyn Kechedzhi, Trupti Khaire, Tanuj Khattar, Mostafa Khezri, Seon Kim, Paul V. Klimov, Bryce Kobrin, Alexander N. Korotkov, Fedor Kostritsa, John Mark Kreikebaum, Vladislav D. Kurilovich, David Landhuis, Tiano Lange-Dei, Brandon W. Langley, Pavel Laptev, Kim-Ming Lau, Justin Ledford, Kenny Lee, Brian J. Lester, Loïck Le Guevel, Wing Yan Li, Yin Li, Alexander T. Lill, William P. Livingston, Aditya Locharla, Erik Lucero, Daniel Lundahl, Aaron Lunt, Ashley Maloney, Salvatore Mandrà, Leigh S. Martin, Orion Martin, Cameron Maxfield, Jarrod R. McClean, Seneca Meeks, Anthony Megrant, Kevin C. Miao, Reza Molavi, Sebastian Molina, Shirin Montazeri, Ramis Movassagh, Charles Neill, Michael Newman, Anthony Nguyen, Murray Nguyen, Chia-Hung Ni, Murphy Y. Niu, Logan Oas, William D. Oliver, Raymond Orosco, Kristoffer Ottosson, Alex Pizzuto, Rebecca Potter, Orion Pritchard, Chris Quintana, Ganesh Ramachandran, Matthew J. Reagor, Rachel Resnick, David M. Rhodes, Gabrielle Roberts, Eliott Rosenberg, Emma Rosenfeld, Elizabeth Rossi, Pedram Roushan, Kannan Sankaragomathi, Henry F. Schurkus, Michael J. Shearn, Aaron Shorter, Vladimir Shvarts, Spencer Small, W. Clarke Smith, Sofia Springer, George Sterling, Jordan Suchard, Aaron Szasz, Alex Sztein, Douglas Thor, Eifu Tomita, Alfredo Torres, M. Mert Torunbalci, Abeer Vaishnav, Justin Vargas, Sergey Vdovichev, Guifre Vidal, Catherine Vollgraff Heidweiller, Steven Waltman, Jonathan Waltz, Shannon X. Wang, Brayden Ware, Travis Weidel, Theodore White, Kristi Wong, Bryan W. K. Woo, Maddy Woodson, Cheng Xing, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Bicheng Ying, Juhwan Yoo, Noureldin Yosri, Grayson Young, Yaxing Zhang, Ningfeng Zhu, Nicholas Zobrist, Hartmut Neven, Pushmeet Kohli, Alex Davies, Sergio Boixo, Julian Kelly, Cody Jones, Craig Gidney, Kevin J. Satzinger,
- Abstract要約: 本稿では,超伝導プロセッサ上でのカラーコードのデモを行い,論理的誤りの抑制と論理的操作を行う。
汎用計算の鍵となるマジックステートを注入し、選択後99%以上の忠実性を達成する。
この研究は、超伝導プロセッサ上でのフォールトトレラント量子計算を実現するための、魅力的な研究方向としてカラーコードを確立する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 109.61104855764401
- License:
- Abstract: Quantum error correction is essential for bridging the gap between the error rates of physical devices and the extremely low logical error rates required for quantum algorithms. Recent error-correction demonstrations on superconducting processors have focused primarily on the surface code, which offers a high error threshold but poses limitations for logical operations. In contrast, the color code enables much more efficient logic, although it requires more complex stabilizer measurements and decoding techniques. Measuring these stabilizers in planar architectures such as superconducting qubits is challenging, and so far, realizations of color codes have not addressed performance scaling with code size on any platform. Here, we present a comprehensive demonstration of the color code on a superconducting processor, achieving logical error suppression and performing logical operations. Scaling the code distance from three to five suppresses logical errors by a factor of $\Lambda_{3/5}$ = 1.56(4). Simulations indicate this performance is below the threshold of the color code, and furthermore that the color code may be more efficient than the surface code with modest device improvements. Using logical randomized benchmarking, we find that transversal Clifford gates add an error of only 0.0027(3), which is substantially less than the error of an idling error correction cycle. We inject magic states, a key resource for universal computation, achieving fidelities exceeding 99% with post-selection (retaining about 75% of the data). Finally, we successfully teleport logical states between distance-three color codes using lattice surgery, with teleported state fidelities between 86.5(1)% and 90.7(1)%. This work establishes the color code as a compelling research direction to realize fault-tolerant quantum computation on superconducting processors in the near future.
- Abstract(参考訳): 物理デバイスのエラー率と量子アルゴリズムに必要な論理誤差率とのギャップを埋めるためには、量子エラー補正が不可欠である。
超伝導プロセッサの最近のエラー訂正デモは、主に表面コードに焦点を当てており、エラー閾値が高いが、論理演算には制限がある。
対照的に、カラーコードはより効率的なロジックを可能にするが、より複雑な安定化器の測定と復号化技術が必要である。
超伝導量子ビットのような平面構造におけるこれらの安定化器の測定は困難であり、これまでのところ、色コードの実現はどのプラットフォーム上でもコードサイズによるパフォーマンススケーリングに対処していない。
本稿では,超伝導プロセッサ上でのカラーコードの総合的なデモを行い,論理的誤りの抑制と論理的操作を行う。
3から5までのコード距離をスケールすると、論理誤差は$\Lambda_{3/5}$ = 1.56(4)で抑制される。
シミュレーションでは、この性能はカラーコードのしきい値以下であり、さらに、色コードの方が表面コードよりも効率が良く、デバイスが改良されていることを示している。
論理的ランダム化ベンチマークを用いて、逆クリフォードゲートは0.0027(3)の誤差しか加えず、これはアイドリング誤り訂正サイクルの誤差よりもかなり小さい。
汎用計算のための重要なリソースであるマジックステートを注入し、選択後(データの約75%を保持する)で99%以上の忠実性を達成する。
最後に,格子を用いた距離3色符号間の論理的状態の伝送に成功し,86.5(1)%から90.7(1)%の間を伝送した。
この研究は、近い将来、超伝導プロセッサ上でフォールトトレラント量子計算を実現するために、カラーコードを魅力的な研究方向として確立する。
関連論文リスト
- Experimental Demonstration of Logical Magic State Distillation [62.77974948443222]
中性原子量子コンピュータ上での論理量子ビットによるマジック状態蒸留の実験的実現について述べる。
提案手法では,多くの論理量子ビット上で並列に量子演算を符号化し,実行するために動的に再構成可能なアーキテクチャを用いる。
論文 参考訳(メタデータ) (2024-12-19T18:38:46Z) - Demonstrating dynamic surface codes [138.1740645504286]
曲面符号の3つの時間力学的実装を実験的に実証した。
まず、曲面コードを六角格子上に埋め込んで、キュービットあたりの結合を4つから3つに減らした。
第二に、サーフェスコードを歩き、データの役割を交換し、各ラウンドごとにキュービットを測定し、蓄積した非計算エラーの組込み除去による誤り訂正を達成する。
第3に、従来のCNOTの代わりにiSWAPゲートを用いた表面コードを実現し、追加のオーバーヘッドを伴わずに、エラー訂正のための実行可能なゲートセットを拡張した。
論文 参考訳(メタデータ) (2024-12-18T21:56:50Z) - Quantum error correction below the surface code threshold [107.92016014248976]
量子誤り訂正は、複数の物理量子ビットを論理量子ビットに結合することで、実用的な量子コンピューティングに到達するための経路を提供する。
本研究では, リアルタイムデコーダと統合された距離7符号と距離5符号の2つの面符号メモリを臨界閾値以下で動作させる。
以上の結果から,大規模なフォールトトレラント量子アルゴリズムの動作要件を実現する装置の性能が示唆された。
論文 参考訳(メタデータ) (2024-08-24T23:08:50Z) - Improving threshold for fault-tolerant color code quantum computing by flagged weight optimization [0.9002260638342727]
回路レベルのノイズの下での色符号の閾値は、その高重安定化器発生器のために比較的低い。
フラグ量子ビットの測定結果に条件付き誤差確率を用いて,そのような誤差の影響を抑える手法を提案する。
この方法は、他の重みベースのデコーダにも適用でき、QECの実験的な実装の候補として、より有望なカラーコードが得られる。
論文 参考訳(メタデータ) (2024-02-21T17:40:51Z) - Fault-Tolerant One-Bit Addition with the Smallest Interesting Colour
Code [2.5553228515450765]
量子コンピュータH1-1の量子コンピュータにおいて,小さな量子アルゴリズムと1量子ビット加算をフォールトトレラントに実装する。
我々は、フォールトトレラント回路で$sim 1.1×10-3$、未符号化回路で$sim 9.5×10-3$の演算誤差を観測する。
論文 参考訳(メタデータ) (2023-09-18T15:56:14Z) - Facilitating Practical Fault-tolerant Quantum Computing Based on Color Codes [0.6963971634605797]
本研究では,カラーコードに基づく実用的なフォールトトレラント量子コンピューティングを実現するために,いくつかの重要な課題に対処する。
まず, 誤り率関連重み付き復号グラフを導入することにより, 三角色符号の0.57%の閾値を得た。
第2に,カラーコード格子手術の回路レベルの復号化について検討し,効率的な復号化アルゴリズムを提案する。
第3に, 三角カラーコードの新しい状態注入プロトコルを提案し, 従来の粗いプロトコルに比べて1ラウンド15~1の蒸留における出力マジック状態エラー率を2桁減らした。
論文 参考訳(メタデータ) (2023-09-11T03:56:18Z) - Hardware optimized parity check gates for superconducting surface codes [0.0]
誤り訂正符号は、フォールトトレラントな量子論理ステップを実現するために、マルチキュービットの測定を使用する。
超伝導トランスモン量子ビット間の多体相互作用に基づく非従来型表面コードの解析を行う。
このアプローチの基盤となる多体効果にもかかわらず、論理的欠点を推定すると、この設計は従来の設計に比べて少なくとも現実的な雑音に対して堅牢である可能性が示唆されている。
論文 参考訳(メタデータ) (2022-11-11T18:00:30Z) - Suppressing quantum errors by scaling a surface code logical qubit [147.2624260358795]
複数のコードサイズにわたる論理量子ビット性能のスケーリングの測定について報告する。
超伝導量子ビット系は、量子ビット数の増加による追加誤差を克服するのに十分な性能を有する。
量子誤り訂正は量子ビット数が増加するにつれて性能が向上し始める。
論文 参考訳(メタデータ) (2022-07-13T18:00:02Z) - Benchmarking quantum error-correcting codes on quasi-linear and
central-spin processors [0.0]
ダイヤモンド中の窒素空孔中心からなるトランスモン量子ビットとスピントロニック量子レジスタに基づく超伝導プロセッサ上での小さな誤り訂正符号の性能を評価する。
マルチキュービット制御操作を含むコードの場合、カラーセンターの中央スピン接続はエラー率を低くする。
論文 参考訳(メタデータ) (2022-07-12T14:41:08Z) - The cost of universality: A comparative study of the overhead of state
distillation and code switching with color codes [63.62764375279861]
回路雑音下での2次元カラーコードにおけるTゲートの2つのFT実装を比較した。
コードスイッチングによりTゲートに対して0.07(1)%の回路ノイズ閾値を求める。
論文 参考訳(メタデータ) (2021-01-06T19:00:01Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト(すべての情報・翻訳含む)の品質を保証せず、本サイト(すべての情報・翻訳含む)を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。