論文の概要: Locality-aware Pauli-based computation for local magic state preparation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.12091v1
• Date: Wed, 16 Apr 2025 13:54:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-17 14:39:09.035921
• Title: Locality-aware Pauli-based computation for local magic state preparation
• Title（参考訳）: 局所魔法状態作成のための局所性を考慮したパウリ計算
• Authors: Yutaka Hirano, Keisuke Fujii,
• Abstract要約: マジックステート蒸留は、非クリフォードゲートを耐障害的に実装するために必要なマジックステートを作成するプロセスである。 近年のマジックステート蒸留の進歩によりオーバーヘッドが大幅に減少し、多くのマジックステートを同時に作成できるようになった。 本研究では,領域計算におけるマジック状態を蒸留する新しいコンパイル手法である,局所性を考慮したパウリ計算を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9002260638342727
• License:
• Abstract: Magic state distillation, a process for preparing magic states needed to implement non-Clifford gates fault-tolerantly, plays a crucial role in fault-tolerant quantum computation. Historically, it has been a major bottleneck, leading to the pursuit of computation schemes optimized for slow magic state preparation. Recent advances in magic state distillation have significantly reduced the overhead, enabling the simultaneous preparation of many magic states. However, the magic state transfer cost prevents the conventional layout from efficiently utilizing them, highlighting the need for an alternative scheme optimized for highly parallel quantum algorithms. In this study, we propose locality-aware Pauli-based computation, a novel compilation scheme that distills magic states in the computation area, aiming to reduce execution time by minimizing magic state transfer costs and improving locality. Numerical experiments on random circuit sampling and 2D Ising Hamiltonian simulation demonstrate that our scheme significantly reduces execution time, while incurring little or no additional spatial overhead, compared to sequential Pauli-based computation, a conventional computation scheme, and scales favorably with increasing qubit count.
• Abstract（参考訳）: 非クリフォードゲートをフォールトトレラントに実装するために必要なマジック状態を作成するプロセスであるマジックステート蒸留は、フォールトトレラント量子計算において重要な役割を果たす。 歴史的に、これは大きなボトルネックであり、遅いマジック状態の準備に最適化された計算スキームの追求につながった。 近年のマジックステート蒸留の進歩によりオーバーヘッドが大幅に減少し、多くのマジックステートを同時に作成できるようになった。 しかし、マジック状態伝達コストは、従来のレイアウトが効率よくそれを利用するのを防ぎ、高並列量子アルゴリズムに最適化された代替スキームの必要性を強調した。 本研究では,計算領域におけるマジック状態を蒸留する新しいコンパイル手法である,局所性を考慮したPauliベースの計算を提案し,マジック状態転送コストを最小化し,局所性を改善することで実行時間を短縮することを目的とした。 ランダム回路サンプリングと2次元Ising Hamiltonianシミュレーションの数値実験により,従来の計算手法であるPauliを用いた逐次計算と比較して,空間的オーバーヘッドがほとんどあるいは全く生じず,実行時間を大幅に削減し,キュービット数の増加に好適にスケールすることを示した。

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