論文の概要: Fault-Tolerant Qudit Gate Optimization in Solid-State Quantum Memory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.03578v1
• Date: Wed, 05 Mar 2025 15:06:39 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-06 15:51:44.832939
• Title: Fault-Tolerant Qudit Gate Optimization in Solid-State Quantum Memory
• Title（参考訳）: 固体量子メモリにおけるフォールトトレラント量子ゲート最適化
• Authors: William Boone Samuels,
• Abstract要約: 本研究は、153Eu:Y2SiO5における高次元キューディットメモリの枠組みを示す。 我々は,固体量子メモリに最適化されたキューディット誤り訂正方式を開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Achieving scalable, fault-tolerant quantum computation requires quantum memory architectures that minimize error correction overhead while preserving coherence. This work presents a framework for high-dimensional qudit memory in 153Eu:Y2SiO5, integrating three core mechanisms: (i) non-destructive syndrome extraction, using spin-echo sequences to encode error syndromes without direct measurement; (ii) adaptive quantum Fourier transform (QFT) for error identification, leveraging frequency-space transformations to reduce gate complexity; and (iii) coset-based fault-tolerant correction, factorizing large stabilizer-like unitaries into modular operations to confine error propagation. By combining generalized stabilizer formalism, Weyl-Heisenberg operators, and finite-group coset decompositions, we develop a qudit error correction scheme optimized for solid-state quantum memory. This approach circumvents resource-intensive multi-qubit concatenation, enabling scalable, long-lived quantum storage with efficient state retrieval and computational redundancy. These results provide a pathway toward practical fault-tolerant architectures for rare-earth-ion-doped quantum memories.
• Abstract（参考訳）: スケーラブルでフォールトトレラントな量子計算を実現するには、コヒーレンスを維持しながらエラー修正オーバーヘッドを最小限に抑える量子メモリアーキテクチャが必要である。 本研究は、153Eu:Y2SiO5における高次元キューディットメモリのためのフレームワークを示し、3つのコアメカニズムを統合する。 一 スピンエチョ配列を用いて、直接測定せずにエラー症候群をエンコードする非破壊的症候群抽出 (II)適応量子フーリエ変換(QFT)による周波数空間変換によるゲート複雑性の低減 三 コセット型耐故障補正により、大きな安定化器のようなユニタリをモジュラー演算に分解し、エラーの伝播を抑える。 一般化された安定化器形式、ワイル・ハイゼンベルク作用素、有限群コセット分解を組み合わせることで、固体量子メモリに最適化されたクディット誤差補正スキームを開発する。 このアプローチは、リソース集約型マルチキュービット結合を回避し、効率的な状態検索と計算冗長性を備えたスケーラブルで長期の量子ストレージを実現する。 これらの結果は、希土類イオンドープ量子メモリのための実用的なフォールトトレラントアーキテクチャへの道筋を提供する。

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