論文の概要: Halma: a routing-based technique for defect mitigation in quantum error correction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.21000v1
- Date: Mon, 30 Dec 2024 15:09:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-31 16:05:40.988339
- Title: Halma: a routing-based technique for defect mitigation in quantum error correction
- Title（参考訳）: Halma:量子誤り訂正における欠陥軽減のためのルーティングベース手法
- Authors: Runshi Zhou, Fang Zhang, Linghang Kong, Jianxin Chen,
- Abstract要約: 拡張ネイティブゲートセットによって強化された欠陥軽減技術であるHalmaを紹介する。
ハルマは、表面コード安定化器の測定中に、アシラ量子ビット欠陥を効果的に緩和する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.8733234845721083
- License:
- Abstract: As quantum chips scale up for large-scale computation, hardware defects become inevitable and must be carefully addressed. In this work, we introduce Halma, a defect mitigation technique empowered by an expanded native gate set that incorporates the iSWAP gate alongside the conventional CNOT gate, both commonly available on many superconducting processors. Halma effectively mitigates ancilla qubit defects during surface code stabilizer measurements, enhancing the robustness and reliability of quantum computation. Halma introduces zero reduction in the spacelike distance of the code, leading to effective preservation of encoded logical information. Meanwhile, it does not further sacrifice the timelike distance, which enables efficient logical operations on surface code patches. Under a realistic physical noise level of $10^{-3}$, Halma achieves a logical error rate that is only $\sim1.5\times$ that of the defect-free code when handling a single ancilla qubit defect on a small-distance surface code. In comparison to previous defect-handling methods, Halma provides a $\sim10\times$ improvement in the average logical error rate of distance-11 surface codes with a defect rate of 2%, and a $\sim3\times$ reduction in the teraquop footprint, that is, the number of physical qubits required to reach a logical error rate of $10^{-12}$. Generally speaking, Halma can be viewed as an additional equipment in the toolbox of defect mitigation, or an upgrade patch, as it is directly compatible with most of the existing superstabilizer-based approaches in handling data qubit defects and defect clusters. Halma not only significantly eases the near-term realization of fault-tolerant quantum computing on hardware with fabrication defects, but also exemplifies how leveraging intrinsic hardware capabilities can enhance quantum hardware performance, particularly in the context of quantum error correction.
- Abstract（参考訳）: 大規模計算のために量子チップがスケールアップされるにつれて、ハードウェアの欠陥は避けられなくなり、慎重に対処する必要がある。
本研究では,従来のCNOTゲートと並行してiSWAPゲートを組み込んだ拡張ネイティブゲートセットによって強化された欠陥軽減技術であるHalmaを紹介する。
Halmaは、表面コード安定化器の測定中にアシラ量子ビットの欠陥を効果的に軽減し、量子計算の堅牢性と信頼性を高める。
ハルマは符号の空間的距離をゼロに減らし、符号化された論理情報を効果的に保存する。
一方、時間のような距離を犠牲にすることなく、表面コードパッチの効率的な論理操作を可能にします。
10^{-3}$の現実的な物理的ノイズレベルの下では、Halmaは、小さな距離の曲面コードで単一のアシラ量子ビット欠陥を扱うとき、欠陥のないコードに対して$\sim1.5\times$の論理的エラー率を達成する。
従来の欠陥処理法と比較して、Halma は 2% の欠陥率を持つ距離11面符号の平均論理誤り率を $\sim10\times$ で改善し、teraquop のフットプリントを $\sim3\times$ で削減する。
一般的には、Halmaは、データキュービットの欠陥と欠陥クラスタの処理において、既存のスーパースタビライザーベースのアプローチのほとんどと直接互換性があるため、欠陥軽減のツールボックスまたはアップグレードパッチに追加の機器と見なすことができる。
Halmaは、製造欠陥のあるハードウェア上でのフォールトトレラント量子コンピューティングの短期的な実現を著しく緩和するだけでなく、本質的なハードウェア機能を活用することで量子ハードウェアの性能、特に量子エラー補正の文脈において、いかに向上するかを実証している。
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