論文の概要: Fault-Tolerant Optical Quantum Computation using 3D Hybrid Cluster States

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.14988v2
• Date: Wed, 26 Mar 2025 07:37:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-27 20:08:08.425409
• Title: Fault-Tolerant Optical Quantum Computation using 3D Hybrid Cluster States
• Title（参考訳）: 3次元ハイブリッドクラスタ状態を用いたフォールトトレラント光量子計算
• Authors: Peilin Du,
• Abstract要約: 異なる物理系や自由度のハイブリッド化は、実用的で普遍的でスケーラブルでフォールトトレラントな量子計算(FTQC)を実現する上で大きな利点をもたらす 本稿では,離散可変(DV)と連続可変(CV)の双方の強度を利用して,低スケズ閾値の光FTQC方式を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Hybridizing different physical systems or degrees of freedom offers significant advantages for realizing practical, universal, scalable, and fault-tolerant quantum computation (FTQC). Here, we propose optical FTQC schemes with low squeezing thresholds by leveraging the strengths of both discrete-variable (DV) and continuous-variable (CV) systems while utilizing frequency, time, and orbital angular momentum degrees of freedom. First, we design an optical entanglement generator (OEG) capable of producing various types of entangled pairs, including cluster pairs, hybrid entangled pairs, and GKP Bell pairs, which can be flexibly chosen by adjusting the measurement basis. Additionally, the OEG features extra ports for directly inputting (outputting) data (result) states via quantum teleportation, eliminating the need for optical switches. Secondly, large-scale one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional (3D) hybrid cluster states, composed of DV Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) qubits and CV squeezed states, are deterministically generated using the entangled pairs passed through a time-delay system. Moreover, we optimize the surface-GKP code to further reduce logical errors during the stabilizer measurements in the surface code. By combining the 3D cubic hybrid cluster state with the modified surface-GKP code and accounting for full circuit-level noise, FTQC is achieved with a squeezing threshold of 10 dB. Moreover, our method can also generate a 3D macronode Raussendorf-Harrington-Goyal (RHG) cluster state, facilitating an alternative FTQC scheme via the RHG-GKP code. Our work provides a viable pathway toward future optical FTQC architectures.
• Abstract（参考訳）: 異なる物理系や自由度のハイブリッド化は、実用的で普遍的でスケーラブルでフォールトトレラントな量子計算(FTQC)を実現する上で大きな利点をもたらす。 本稿では、離散可変(DV)と連続可変(CV)の双方の強度を利用して、周波数、時間、軌道角運動量等級を生かし、低スチーズ閾値の光FTQCスキームを提案する。 まず、クラスタペア、ハイブリッドアンタングルペア、GKPベルペアを含む様々な種類のアンタングルペアを生成できる光アンタングル発生器(OEG)を設計し、測定基準を調整することで柔軟に選択できる。 さらに、OEGは、量子テレポーテーションを介して直接(出力)データを入力(出力)するための余分なポートを備えており、光学スイッチは不要である。 第2に、DV Gottesman-Kitaev-Preskill(GKP)量子ビットとCV圧縮状態からなる大規模1次元、2次元、3次元のハイブリッドクラスタ状態が、時間遅延系を通過する絡み合ったペアを用いて決定的に生成される。 さらに、曲面GKP符号を最適化し、表面符号における安定化器測定時の論理誤差をさらに低減する。 3D立方体ハイブリッドクラスタ状態と修正表面GKP符号を組み合わせることで、全回路レベルのノイズを考慮し、FTQCは10dBのスクイーズしきい値で達成される。 さらに,本手法では,RHG-GKPコードによる代替FTQCスキームを容易に構築し,RHGクラスタ状態の3次元マクロノードを生成することができる。 我々の研究は、将来の光FTQCアーキテクチャへの有効な経路を提供する。

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