論文の概要: Space-time tradeoff in networked virtual distillation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.19245v1
- Date: Tue, 25 Mar 2025 01:07:58 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-26 16:54:53.581737
- Title: Space-time tradeoff in networked virtual distillation
- Title（参考訳）: ネットワーク型仮想蒸留における時空間トレードオフ
- Authors: Tenzan Araki, Joseph F. Goodwin, Bálint Koczor,
- Abstract要約: 仮想蒸留は、理想的な条件下で、量子状態コピーの数が増えるにつれてエラーを指数関数的に抑制できる技術である。
時空トレードオフを最大化するエッジケースに対応するVDの実用的実装を3つ分析する。
ネットワーク型イオントラップシステムの現実的なノイズ特性下での3つの実装の性能を数値的に比較する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: In contrast to monolithic devices, modular, networked quantum architectures are based on interconnecting smaller quantum hardware nodes using quantum communication links, and offer a promising approach to scalability. Virtual distillation (VD) is a technique that can, under ideal conditions, suppress errors exponentially as the number of quantum state copies increases. However, additional gate operations required for VD introduce further errors, which may limit its practical effectiveness. In this work, we analyse three practical implementations of VD that correspond to edge cases that maximise space-time tradeoffs. Specifically, we consider an implementation that minimises the number of qubits but introduces significantly deeper quantum circuits, and contrast it with implementations that parallelise the preparation of copies using additional qubits, including a constant-depth implementation. We rigorously characterise their circuit depth and gate count requirements, and develop explicit architectures for implementing them in networked quantum systems -- while also detailing implementations in early fault-tolerant quantum architectures. We numerically compare the performance of the three implementations under realistic noise characteristics of networked ion trap systems and conclude the following. Firstly, VD effectively suppresses errors even for very noisy states. Secondly, the constant-depth implementation consistently outperforms the implementation that minimises the number of qubits. Finally, the approach is highly robust to errors in remote entangling operations, with noise in local gates being the main limiting factor to its performance.
- Abstract（参考訳）: モノリシックデバイスとは対照的に、モジュール化されたネットワーク化された量子アーキテクチャは、量子通信リンクを使用して小さな量子ハードウェアノードを相互接続することに基づいており、スケーラビリティに対する有望なアプローチを提供する。
仮想蒸留(VD)は、理想的な条件下で、量子状態コピーの数が増えるにつれてエラーを指数関数的に抑制できる技術である。
しかしながら、VDに必要な追加ゲート操作は、さらなるエラーを導入し、実用性を制限する可能性がある。
本研究では、時空トレードオフを最大化するエッジケースに対応するVDの実用的実装を3つ分析する。
具体的には、量子ビットの数を最小化するが、より深い量子回路を導入し、また、一定の深さの実装を含む追加の量子ビットを用いてコピーの作成を並列化する実装と対比する。
我々は、それらの回路深さとゲート数要件を厳格に特徴付け、ネットワーク化された量子システムに実装するための明示的なアーキテクチャを開発し、また、初期のフォールトトレラント量子アーキテクチャの実装を詳述する。
本稿では,ネットワーク型イオントラップシステムの現実的なノイズ特性下での3つの実装の性能を数値的に比較し,以下のことを結論する。
まず、VDはノイズの多い状態であってもエラーを効果的に抑制する。
第二に、定数深度の実装は、量子ビットの数を最小化する実装を一貫して上回っている。
最後に、このアプローチはリモートエンタングリング操作におけるエラーに対して非常に堅牢であり、ローカルゲートのノイズがそのパフォーマンスの主要な制限要因である。
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