論文の概要: Quantum Error Detection For Early Term Fault-Tolerant Quantum Algorithms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.10790v1
- Date: Thu, 13 Mar 2025 18:34:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-17 13:05:31.262469
- Title: Quantum Error Detection For Early Term Fault-Tolerant Quantum Algorithms
- Title（参考訳）: 早期フォールトトレラント量子アルゴリズムにおける量子誤差検出
- Authors: Tom Ginsberg, Vyom Patel,
- Abstract要約: 本稿では,量子アルゴリズムのフォールトトレラントコンパイルとシミュレーションのためのフレームワークを提案する。
最適なシンドロームスケジュールを見つけることは、アルゴリズムの成功確率を平均6.7倍改善する。
本稿では,フォールトトレラントコンパイルパラメータを予測するための単純なデータ駆動型手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9556053645976448
- License:
- Abstract: Quantum error detection (QED) offers a promising pathway to fault tolerance in near-term quantum devices by balancing error suppression with minimal resource overhead. However, its practical utility hinges on optimizing design parameters-such as syndrome measurement frequency-to avoid diminishing returns from detection overhead. In this work, we present a comprehensive framework for fault-tolerant compilation and simulation of quantum algorithms using [[n, n-2, 2]] codes, which enable low-qubit-overhead error detection and a simple nearly fault-tolerant universal set of operations. We demonstrate and analyze our pipeline with a purely statistical interpretation and through the implementation of Grover's search algorithm. Our results are used to answer the question is quantum error detection a worthwhile avenue for early-term fault tolerance, and if so how can we get the most out of it? Simulations under the circuit-level noise model reveal that finding optimal syndrome schedules improves algorithm success probabilities by an average of 6.7x but eventual statistical limits from post-selection in noisy/resource-limited regimes constrain scalability. Furthermore, we propose a simple data-driven approach to predict fault tolerant compilation parameters, such as optimal syndrome schedules, and expected fault tolerant performance gains based on circuit and noise features. These results provide actionable guidelines for implementing QED in early-term quantum experiments and underscore its role as a pragmatic, constant-overhead error mitigation layer for shallow algorithms. To aid in further research, we release all simulation data computed for this work and provide an experimental QED compiler at https://codeqraft.xyz/qed.
- Abstract（参考訳）: 量子エラー検出(QED)は、エラー抑制を最小限のリソースオーバーヘッドでバランスさせることで、短期量子デバイスにおけるフォールトトレランスへの有望な経路を提供する。
しかし、その実用性は、検出オーバーヘッドからのリターンの減少を避けるために、シンドローム測定周波数などの設計パラメータの最適化に重点を置いている。
本研究では,[n, n-2, 2]符号を用いた量子アルゴリズムのフォールトトレラントコンパイルとシミュレーションのための包括的フレームワークを提案する。
我々は、Groverの探索アルゴリズムの実装を通じて、純粋に統計的解釈を用いてパイプラインを実演し、分析する。
私たちの結果は、量子エラー検出が早期の耐障害性にとって価値のある方法である、という質問に答えるために使われています。
回路レベルのノイズモデルに基づくシミュレーションでは、最適なシンドロームスケジュールの発見はアルゴリズムの成功確率を平均6.7倍に改善するが、ノイズ/リソース制限条件における選択後の統計的制限は制約スケーラビリティを低下させる。
さらに、最適シンドロームスケジュールなどのフォールトトレラントコンパイルパラメータを予測するための単純なデータ駆動手法を提案し、回路特性とノイズ特性に基づくフォールトトレラント性能の向上を期待する。
これらの結果は、早期量子実験でQEDを実装するための実用的なガイドラインを提供し、浅いアルゴリズムの実用的、定数オーバーヘッドエラー軽減層としての役割を浮き彫りにしている。
さらなる研究を支援するため,本研究のために計算したシミュレーションデータを全てリリースし, https://codeqraft.xyz/qedで実験的なQEDコンパイラを提供する。
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