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
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• 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。

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