論文の概要: Q3DE: A fault-tolerant quantum computer architecture for multi-bit burst errors by cosmic rays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.00331v1
• Date: Tue, 31 Dec 2024 08:04:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-05 17:12:27.698356
• Title: Q3DE: A fault-tolerant quantum computer architecture for multi-bit burst errors by cosmic rays
• Title（参考訳）: Q3DE:宇宙線によるマルチビットバーストエラーに対するフォールトトレラント量子コンピュータアーキテクチャ
• Authors: Yasunari Suzuki, Takanori Sugiyama, Tomochika Arai, Wang Liao, Koji Inoue, Teruo Tanimoto,
• Abstract要約: 本稿では、宇宙線によるマルチビットバーストエラー(MBBE)に対する耐性を適度な変化とオーバーヘッドで向上するFTQCアーキテクチャを提案する。 Q3DEは, MBBEの期間を1000倍に短縮し, 面積を半減することを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.5387423427791047
• License:
• Abstract: Demonstrating small error rates by integrating quantum error correction (QEC) into an architecture of quantum computing is the next milestone towards scalable fault-tolerant quantum computing (FTQC). Encoding logical qubits with superconducting qubits and surface codes is considered a promising candidate for FTQC architectures. In this paper, we propose an FTQC architecture, which we call Q3DE, that enhances the tolerance to multi-bit burst errors (MBBEs) by cosmic rays with moderate changes and overhead. There are three core components in Q3DE: in-situ anomaly DEtection, dynamic code DEformation, and optimized error DEcoding. In this architecture, MBBEs are detected only from syndrome values for error correction. The effect of MBBEs is immediately mitigated by dynamically increasing the encoding level of logical qubits and re-estimating probable recovery operation with the rollback of the decoding process. We investigate the performance and overhead of the Q3DE architecture with quantum-error simulators and demonstrate that Q3DE effectively reduces the period of MBBEs by 1000 times and halves the size of their region. Therefore, Q3DE significantly relaxes the requirement of qubit density and qubit chip size to realize FTQC. Our scheme is versatile for mitigating MBBEs, i.e., temporal variations of error properties, on a wide range of physical devices and FTQC architectures since it relies only on the standard features of topological stabilizer codes.
• Abstract（参考訳）: 量子エラー補正(QEC)を量子コンピューティングのアーキテクチャに統合することで、小さなエラー率を示すことは、スケーラブルなフォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)への次のマイルストーンである。 超伝導量子ビットと表面符号で論理量子ビットを符号化することはFTQCアーキテクチャの有望な候補と考えられる。 本稿では、宇宙線によるマルチビットバーストエラー(MBBE)に対する耐性を適度な変化とオーバーヘッドで向上するFTQCアーキテクチャを提案する。 Q3DEには、in-situ anomaly Detection、Dynamic code Deformation、Optimed error Decodingの3つのコアコンポーネントがある。 このアーキテクチャでは、MBBEは誤り訂正のためのシンドローム値からのみ検出される。 MBBEの効果は、論理量子ビットのエンコーディングレベルを動的に増加させ、復号処理のロールバックにより予測可能なリカバリ操作を再見積することにより、即座に緩和される。 量子エラーシミュレータによるQ3DEアーキテクチャの性能とオーバーヘッドについて検討し、Q3DEがMBBEの時間を1000倍削減し、その領域を半分にすることを示した。 したがって、Q3DEはFTQCを実現するためにキュービット密度とキュービットチップサイズを著しく緩和する。 提案方式は,位相安定化符号の標準的な特徴のみに依存するため,多種多様な物理デバイスやFTQCアーキテクチャ上での誤り特性の時間的変動を緩和する。

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