論文の概要: Universal quantum computation via scalable measurement-free error correction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.15187v1
• Date: Thu, 19 Dec 2024 18:55:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-20 13:30:41.483365
• Title: Universal quantum computation via scalable measurement-free error correction
• Title（参考訳）: スケーラブルな計測自由誤差補正による普遍量子計算
• Authors: Stefano Veroni, Alexandru Paler, Giacomo Giudice,
• Abstract要約: 本研究では,中間回路計測を行なわずに誤り訂正を行うシナリオにおいて,普遍的な量子計算をフォールトトレラントにすることができることを示す。 論理的な$mathitCCZ$ゲートを実現するため,Bacon-Shor符号の無測定変形プロトコルを導入する。 特に,回路レベルのエラーレートが10～3ドル以下であれば,破れない論理性能が達成可能であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 45.29832252085144
• License:
• Abstract: We show that universal quantum computation can be made fault-tolerant in a scenario where the error-correction is implemented without mid-circuit measurements. To this end, we introduce a measurement-free deformation protocol of the Bacon-Shor code to realize a logical $\mathit{CCZ}$ gate, enabling a universal set of fault-tolerant operations. Independently, we demonstrate that certain stabilizer codes can be concatenated in a measurement-free way without having to rely on a universal logical gate set. This is achieved by means of the disposable Toffoli gadget, which realizes the feedback operation in a resource-efficient way. For the purpose of benchmarking the proposed protocols with circuit-level noise, we implement an efficient method to simulate non-Clifford circuits consisting of few Hadamard gates. In particular, our findings support that below-breakeven logical performance is achievable with a circuit-level error rate below $10^{-3}$. Altogether, the deformation protocol and the Toffoli gadget provide a blueprint for a fully fault-tolerant architecture without any feed-forward operation, which is particularly suited for state-of-the-art neutral-atom platforms.
• Abstract（参考訳）: 本研究では,中間回路計測を行なわずに誤り訂正を行うシナリオにおいて,普遍的な量子計算をフォールトトレラントにすることができることを示す。 そこで我々はBacon-Shor符号の無測定変形プロトコルを導入し,論理的な$\mathit{CCZ}$ゲートを実現する。 独立に、ある安定化符号は、普遍論理ゲートセットに頼ることなく、測定不要な方法で結合可能であることを実証する。 これは、リソース効率のよいフィードバック操作を実現する、使い捨てのToffoliガジェットによって実現される。 提案手法を回路レベルの雑音でベンチマークするために,アダマールゲートの少ない非クリフォード回路をシミュレートする効率的な手法を実装した。 特に,回路レベルの誤り率を10～3ドル以下で達成できることが示唆された。 さらに、変形プロトコルとToffoliガジェットは、フィードフォワード操作なしで完全にフォールトトレラントなアーキテクチャの青写真を提供する。

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