論文の概要: Efficient Magic State Cultivation on the Surface Code

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.01743v2
• Date: Fri, 05 Sep 2025 10:16:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-08 14:27:25.097051
• Title: Efficient Magic State Cultivation on the Surface Code
• Title（参考訳）: 表面コードによる効率的なマジックステート培養
• Authors: Yotam Vaknin, Shoham Jacoby, Arne Grimsmo, Alex Retzker,
• Abstract要約: 我々は3つの新しい栽培プロトコルを導入し、それぞれ異なる魔法の状態を産み出す。 我々は,このプロトコルがマジック状態生成における最先端の不確かさと受容率を達成することを実証する。 アイドル誤差が2キュービットのゲート誤差よりも低いコールド原子やトラップイオンのようなプラットフォームでは、栽培がさらに有利であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Magic state cultivation is a newly proposed protocol that represents the state of the art in magic state generation. It uses the transversality of the $H_{XY}$ gate on the 2D triangular color-code, together with a novel grafting mechanism to transform the color-code into a matchable code with minimal overhead. Still, the resulting code has a longer cycle time and some high weight stabilizers. Here, we introduce three new cultivation protocols, each yielding a different magic state. These protocols avoid grafting by exploiting transversal operations on the surface code using non-local connectivity, allowing for a much lower post-selection rates in the expansion process. Through numerical simulations, we demonstrate that our protocol achieves state-of-the-art infidelities and acceptance rates for magic state generation, on par with another recent proposal on the $\mathbb{RP}^2$ code, while still preserving the local geometry of the surface code. Moreover, in platforms such as cold atoms and trapped ions, where idle error rates are lower than two-qubit gate errors, we demonstrate that cultivation exhibits an even greater advantage, yielding an additional order-of-magnitude reduction in resource requirements. Lastly, we analyze the effect of erasure qubits on cultivation and show that \emph{algorithmically-relevant} infidelities can be achieved using only 9 erasure qubits on a distance-2 surface code with a single cultivation round.
• Abstract（参考訳）: マジックステート栽培は、マジックステート生成の最先端を表す新しいプロトコルである。 2次元三角形のカラーコード上の$H_{XY}$ゲートの可逆性と、カラーコードを最小限のオーバーヘッドで整合可能なコードに変換するための新しいグラフト機構を使用する。 それでも、結果として得られるコードはサイクル時間が長く、高い重み付け安定化器がいくつかある。 ここでは、3つの新しい栽培プロトコルを導入し、それぞれ異なるマジック状態を生成する。 これらのプロトコルは、非ローカル接続を使用して表面コード上のトランスバーサル操作を利用することで、グラフトを回避し、拡張プロセスにおけるポストセレクションレートをはるかに低くすることができる。 数値シミュレーションにより,このプロトコルは局所的幾何を保ちながら,$\mathbb{RP}^2$コードに関する他の提案と同等に,マジック状態生成における最先端の不確かさと受容率を達成することを示した。 さらに, 凍結原子や閉じ込められたイオンなどのプラットフォームでは, アイドルエラー率が2量子ゲート誤差よりも低い場合, 栽培がさらに有利であることが示され, 資源要求のオーダー・オブ・マグニチュード低減が図られる。 最後に, 栽培における消去量子ビットの効果を分析し, 単一の培養ラウンドを持つ距離2表面コード上で, 9個の消去量子ビットのみを用いて, \emph{algorithmically-relevant} infidelitiesを実現できることを示す。

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