論文の概要: Iceberg Beyond the Tip: Co-Compilation of a Quantum Error Detection Code and a Quantum Algorithm

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.21172v1
• Date: Tue, 29 Apr 2025 20:47:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-09 23:25:32.597579
• Title: Iceberg Beyond the Tip: Co-Compilation of a Quantum Error Detection Code and a Quantum Algorithm
• Title（参考訳）: Iceberg Beyond the Tip: 量子エラー検出コードと量子アルゴリズムの共同コンパイル
• Authors: Yuwei Jin, Zichang He, Tianyi Hao, David Amaro, Swamit Tannu, Ruslan Shaydulin, Marco Pistoia,
• Abstract要約: This work focus on the $[[k+2, k, 2]]$ Iceberg quantum error detection code。 我々は、アイスバーグ符号のための新しいフレキシブルなフォールトトレラントガジェットを設計し、アルゴリズム回路と協調して最適化する。 510個の2量子ビットゲートと1140個の物理2量子ビットゲートを用いて,34個のアルゴリズム量子ビットに対して,符号化性能が向上したことを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.194223021560234
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The rapid progress in quantum hardware is expected to make them viable tools for the study of quantum algorithms in the near term. The timeline to useful algorithmic experimentation can be accelerated by techniques that use many noisy shots to produce an accurate estimate of the observable of interest. One such technique is to encode the quantum circuit using an error detection code and discard the samples for which an error has been detected. An underexplored property of error-detecting codes is the flexibility in the circuit encoding and fault-tolerant gadgets, which enables their co-optimization with the algorthmic circuit. However, standard circuit optimization tools cannot be used to exploit this flexibility as optimization must preserve the fault-tolerance of the gadget. In this work, we focus on the $[[k+2, k, 2]]$ Iceberg quantum error detection code, which is tailored to trapped-ion quantum processors. We design new flexible fault-tolerant gadgets for the Iceberg code, which we then co-optimize with the algorithmic circuit for the quantum approximate optimization algorithm (QAOA) using tree search. By co-optimizing the QAOA circuit and the Iceberg gadgets, we achieve an improvement in QAOA success probability from $44\%$ to $65\%$ and an increase in post-selection rate from $4\%$ to $33\%$ at 22 algorithmic qubits, utilizing 330 algorithmic two-qubit gates and 744 physical two-qubit gates on the Quantinuum H2-1 quantum computer, compared to the previous state-of-the-art hardware demonstration. Furthermore, we demonstrate better-than-unencoded performance for up to 34 algorithmic qubits, employing 510 algorithmic two-qubit gates and 1140 physical two-qubit gates.
• Abstract（参考訳）: 量子ハードウェアの急速な進歩は、近い将来、量子アルゴリズムの研究に有効なツールになると期待されている。 有用なアルゴリズム実験のタイムラインは、多くのノイズショットを使用して興味の観測可能性の正確な推定を生成する手法によって加速することができる。 そのような手法の1つは、エラー検出コードを使用して量子回路を符号化し、エラーが検出されたサンプルを破棄することである。 誤り検出符号の探索されていない性質は、回路エンコーディングとフォールトトレラントガジェットの柔軟性であり、アルゴスミック回路との共最適化を可能にする。 しかし、標準回路最適化ツールは、ガジェットのフォールトトレランスを保たなければならないため、この柔軟性を利用することはできない。 本研究では, トラップイオン量子プロセッサに適した, $[[k+2, k, 2]]$ Iceberg 量子エラー検出符号に着目した。 我々はIceberg符号のための新しいフレキシブルなフォールトトレラントガジェットを設計し、木探索を用いて量子近似最適化アルゴリズム(QAOA)のアルゴリズム回路と協調して最適化する。 QAOA回路とIcebergガジェットを併用することにより、QAOA成功確率を4,4\%から6,5\%に改善し、22個のアルゴリズム量子ビットで4,3\%から3,3\%に向上し、330個のアルゴリズム2量子ビットゲートと744個の物理2量子ビットゲートをQuantinuum H2-1量子コンピュータ上で使用した。 さらに510個の2量子ビットゲートと1140個の物理2量子ビットゲートを用いて,最大34個のアルゴリズム量子ビットに対して,符号化性能が向上することを示した。

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