論文の概要: Flexion: Adaptive In-Situ Encoding for On-Demand QEC in Ion Trap Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.16303v1
- Date: Tue, 22 Apr 2025 22:44:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 19:15:52.952142
- Title: Flexion: Adaptive In-Situ Encoding for On-Demand QEC in Ion Trap Systems
- Title（参考訳）: Flexion: イオントラップシステムにおけるオンデマンドQECの適応型その場符号化
- Authors: Keyi Yin, Xiang Fang, Zhuo Chen, Ang Li, David Hayes, Eneet Kaur, Reza Nejabati, Hartmut Haeffner, Wes Campbell, Eric Hudson, Jens Palsberg, Travis Humble, Yufei Ding,
- Abstract要約: キーとなる短期的目標は、何百万もの論理的操作を確実に実行可能なシステムを構築することである。
トラップイオン量子コンピュータ上でMQCをターゲットとする新しいシステムアーキテクチャを提案する。
1Qゲートの素量子ビットと2QゲートのQEC符号化論理量子ビットを用いたハイブリッド符号化方式Flexionを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 16.77947483425163
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Recent advances in quantum hardware and quantum error correction (QEC) have set the stage for early demonstrations of fault-tolerant quantum computing (FTQC). A key near-term goal is to build a system capable of executing millions of logical operations reliably -- referred to as a megaquop quantum computer (MQC). In this work, we propose a novel system architecture targeting MQC on trapped-ion quantum computers (TIQC), leveraging their ultra-high-fidelity single-qubit gates (1Q) and efficient two-qubit (2Q) logical CNOT gates enabled by the quantum charge-coupled device (QCCD) architecture with the ion shuttling feature. We propose Flexion, a hybrid encoding scheme that uses bare qubits for 1Q gates and QEC-encoded logical qubits for 2Q gates. This approach avoids fully encoding all qubits, eliminating the overhead of gate synthesis, teleportation, and magic state distillation for non-Clifford gates. To support this, we design (1) a low-noise conversion protocol between bare and logical qubits, (2) a bare-logical hybrid instruction set architecture tailored for 2D grid-based TIQC, and (3) a compiler that minimizes conversion cost and optimizes the scheduling efficiency. We evaluate our approach on VQA and small-scale FTQC benchmarks, showing that it achieves superior performance improvements with significantly reduced resource overhead, offering a practical path toward early FTQC on TIQC.
- Abstract（参考訳）: 量子ハードウェアと量子エラー補正(QEC)の最近の進歩は、フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)の初期のデモの段階を定めている。
キーとなる短期的目標は、数百万の論理演算を確実に実行可能なシステムを構築することであり、これはメガクオップ量子コンピュータ(MQC)と呼ばれる。
本研究では, イオン遮断機能を備えた量子電荷結合デバイス(QCCD)アーキテクチャによって実現された, 超高忠実な単一量子ビットゲート(1Q)と効率的な2量子ビット論理CNOTゲート(2Q)を活用する, 捕捉イオン量子コンピュータ(TIQC)上のMQCをターゲットにした新しいシステムアーキテクチャを提案する。
1Qゲートの素量子ビットと2QゲートのQEC符号化論理量子ビットを用いたハイブリッド符号化方式Flexionを提案する。
このアプローチは全ての量子ビットを完全に符号化することを避け、非クリフォードゲートに対するゲート合成、テレポーテーション、およびマジックステート蒸留のオーバーヘッドをなくす。
これをサポートするために,(1)素ビットと論理量子ビット間の低雑音変換プロトコル,(2)2次元グリッドベースのTIQCに適した素論理ハイブリッド命令セットアーキテクチャ,(3)変換コストを最小化し,スケジューリング効率を最適化するコンパイラを設計する。
我々は,VQAと小型FTQCベンチマークに対する我々のアプローチを評価し,TIQCの初期FTQCへの実践的な経路を提供するとともに,リソースオーバーヘッドを大幅に削減して優れた性能向上を実現することを示した。
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