論文の概要: Leveraging Atom Loss Errors in Fault Tolerant Quantum Algorithms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.20558v1
- Date: Thu, 27 Feb 2025 21:59:25 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-03 13:40:42.452227
- Title: Leveraging Atom Loss Errors in Fault Tolerant Quantum Algorithms
- Title（参考訳）: フォールトトレラント量子アルゴリズムにおける原子損失エラーの活用
- Authors: Gefen Baranes, Madelyn Cain, J. Pablo Bonilla Ataides, Dolev Bluvstein, Josiah Sinclair, Vladan Vuletic, Hengyun Zhou, Mikhail D. Lukin,
- Abstract要約: 量子ビット損失に関連する誤差は、多くの量子ハードウェアシステムにおいて重要なノイズ源となっている。
我々はこれらの誤りを論理アルゴリズムで処理するための理論的枠組みを開発し、復号化手法と回路レベルの最適化を取り入れた。
我々は,小角合成のための玩具モデルを含むテレポーテーションに基づくアルゴリズムをシミュレートし,損失率の増加に伴い論理誤差率を大幅に向上させる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Errors associated with qubit loss constitute an important source of noise in many quantum hardware systems, particularly in neutral atom quantum computers. We develop a theoretical framework to handle these errors in logical algorithms, incorporating decoding techniques and circuit-level optimizations. Focusing on experimentally-motivated error models, we introduce a delayed-erasure decoder which leverages information from state-selective readout to accurately correct loss errors, even when their precise locations are unknown. Our decoding technique is compatible with a wide range of quantum error correction codes and general logical circuits. Using this decoder, we identify strategies for detecting and correcting atom loss based on the logical circuit structure. For deep circuits with a large number of gate layers prior to logical measurements, we explore methods to integrate loss detection into syndrome extraction with minimal overhead, identifying optimal strategies depending on the qubit loss fraction in the noise. In contrast, many algorithmic subroutines involve frequent gate teleportation, shortening the circuit depth before logical measurement and naturally replacing qubits without additional overhead. We simulate such a teleportation-based algorithm, involving a toy model for small-angle synthesis and find a significant improvement in logical error rates as the loss fraction increases, with loss handled solely through teleportation. These results provide a path forward for advancing large-scale fault tolerant quantum computation in systems with loss errors.
- Abstract（参考訳）: 量子ビット損失に関連する誤差は、多くの量子ハードウェアシステム、特に中性原子量子コンピュータにおいて重要なノイズ源となっている。
我々はこれらの誤りを論理アルゴリズムで処理するための理論的枠組みを開発し、復号化技術と回路レベルの最適化を取り入れた。
実験的なモチベーション付きエラーモデルに着目した遅延消去デコーダを導入し, 正確な位置が分かっていない場合でも, 状態選択読み出しからの情報を利用して損失誤差を正確に補正する。
我々の復号法は、幅広い量子誤り訂正符号と一般的な論理回路と互換性がある。
このデコーダを用いて、論理回路構造に基づいて原子損失を検出し補正する戦略を同定する。
論理的測定に先立って多数のゲート層を有する深層回路に対して,ノイズの量子損失率に依存する最適戦略を同定し,損失検出を最小限のオーバーヘッドでシンドローム抽出に統合する方法を検討する。
対照的に、多くのアルゴリズム的なサブルーチンは、論理的な測定の前に回路深さを短くし、追加のオーバーヘッドを伴わずにキュービットを自然に置き換える。
我々は,小角合成のための玩具モデルを含むテレポーテーションに基づくアルゴリズムをシミュレートし,損失率の増加とともに論理誤差率を大幅に改善し,テレポーテーションのみでの損失処理を行う。
これらの結果は、損失誤差のあるシステムにおける大規模フォールトトレラント量子計算を前進させる道筋を提供する。
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