論文の概要: Variational Quantum Algorithms in the era of Early Fault Tolerance

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.20963v1
• Date: Wed, 26 Mar 2025 20:06:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-28 12:52:08.905540
• Title: Variational Quantum Algorithms in the era of Early Fault Tolerance
• Title（参考訳）: 早期耐故障時代の変分量子アルゴリズム
• Authors: Siddharth Dangwal, Suhas Vittal, Lennart Maximillian Seifert, Frederic T. Chong, Gokul Subramanian Ravi,
• Abstract要約: 量子コンピューティングのロードマップは、次の3～5年で10,000量子ビットデバイスが利用可能になることを予測している。 マジック状態注入によるRz回転をしながらクリフォード演算を誤り訂正する戦略である部分誤差補正(pQEC)を導入する。 以上の結果から,pQECは標準手法よりも9.27倍のVQA忠実度を向上できることが示された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.7899834802862284
• License:
• Abstract: Quantum computing roadmaps predict the availability of 10,000 qubit devices within the next 3-5 years. With projected two-qubit error rates of 0.1%, these systems will enable certain operations under quantum error correction (QEC) using lightweight codes, offering significantly improved fidelities compared to the NISQ era. However, the high qubit cost of QEC codes like the surface code (especially at near-threshold physical error rates) limits the error correction capabilities of these devices. In this emerging era of Early Fault Tolerance (EFT), it will be essential to use QEC resources efficiently and focus on applications that derive the greatest benefit. In this work, we investigate the implementation of Variational Quantum Algorithms in the EFT regime (EFT-VQA). We introduce partial error correction (pQEC), a strategy that error-corrects Clifford operations while performing Rz rotations via magic state injection instead of the more expensive T-state distillation. Our results show that pQEC can improve VQA fidelities by 9.27x over standard approaches. Furthermore, we propose architectural optimizations that reduce circuit latency by ~2x, and achieve qubit packing efficiency of 66% in the EFT regime.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングのロードマップは、次の3～5年で10,000量子ビットデバイスが利用可能になることを予測している。 予測された2量子ビットエラー率は0.1%で、これらのシステムは軽量符号を用いて量子エラー補正(QEC)の下での特定の操作を可能にし、NISQ時代と比較して大幅に改善されたフィリティを提供する。 しかし、表面符号のようなQEC符号の高クビットコスト(特に物理誤差率の低い)は、これらの装置の誤り訂正能力を制限している。 EFT(Early Fault Tolerance)の出現期には、QECリソースを効率的に利用し、最大のメリットをもたらすアプリケーションに注力することが不可欠です。 本研究では,EFT-VQA(EFT-VQA)における変分量子アルゴリズムの実装について検討する。 より高価なT状態蒸留ではなく、マジック状態注入によるRz回転を実行しながらクリフォード演算を誤り訂正する戦略である部分誤差補正(pQEC)を導入する。 以上の結果から,pQECは標準手法よりも9.27倍のVQA忠実度を向上できることが示された。 さらに,回路遅延を約2倍に低減し,EFT方式では66%の量子ビットパッキング効率を実現するアーキテクチャ最適化を提案する。

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