論文の概要: Unlocking early fault-tolerant quantum computing with mitigated magic dilution

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.10513v1
• Date: Thu, 15 May 2025 17:19:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-16 22:29:06.435586
• Title: Unlocking early fault-tolerant quantum computing with mitigated magic dilution
• Title（参考訳）: 緩和魔法希釈による早期耐故障量子コンピューティングの解錠
• Authors: Surabhi Luthra, Alexandra E. Moylett, Dan E. Browne, Earl T. Campbell,
• Abstract要約: 我々は小角回転の合成手法として緩和魔法希釈(MMD)を導入する。 雑音を符号化したマジック状態の論理回路をサンプリングするために、量子誤差軽減手法を用いる。 この研究は、数百万の量子演算をサポートするデバイス上での早期フォールトトレラントなデモの道を開いた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 47.23243191431113
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: As quantum computing progresses towards the early fault-tolerant regime, quantum error correction will play a crucial role in protecting qubits and enabling logical Clifford operations. However, the number of logical qubits will initially remain limited, posing challenges for resource-intensive tasks like magic state distillation. It is therefore essential to develop efficient methods for implementing non-Clifford operations, such as small-angle rotations, to maximise the computational capabilities of devices within these constraints. In this work, we introduce mitigated magic dilution (MMD) as an approach to synthesise small-angle rotations by employing quantum error mitigation techniques to sample logical Clifford circuits given noisy encoded magic states. We explore the utility of our approach for the simulation of the 2D Fermi-Hubbard model. We identify evolution time regimes where MMD outperforms the Ross-Selinger gate synthesis method [Quantum Inf.\ Comp.\ \textbf{16}, 901-953 (2016), arXiv:1403.2975] in the number of noisy encoded magic states required for square lattices up to size $8 \times 8$. Moreover, we demonstrate that our method can provide a practical advantage which is quantified by a better-than-quadratic improvement in the resource requirements for small-angle rotations over classical simulators. This work paves the way for early fault-tolerant demonstrations on devices supporting millions of quantum operations, the so-called MegaQuOp regime.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングが早期のフォールトトレラント体制へと進むにつれて、量子エラー補正は量子ビットの保護と論理的クリフォード演算の実現において重要な役割を果たす。 しかし、論理量子ビットの数は最初は限られており、マジック状態の蒸留のような資源集約的なタスクには課題が生じる。 したがって、これらの制約の中でデバイスの計算能力を最大化するために、小角回転などの非クリフォード演算を実装するための効率的な方法を開発することが不可欠である。 本研究では, 量子誤差緩和法を用いて, 雑音の多い符号化魔法状態を持つ論理クリフォード回路をサンプリングすることにより, 小角回転を合成する手法として緩和魔法解(MMD)を導入する。 本稿では,Fermi-Hubbard 2次元モデルのシミュレーションにおける提案手法の有用性について検討する。 我々は,MMDがRoss-Selingerゲート合成法 [Quantum Inf]より優れる進化時間構造を同定する。 略称。 \ \textbf{16}, 901-953 (2016), arXiv:1403.2975] 平方格子に必要となるノイズエンコードマジック状態の数は 8 で 8 である。 さらに,本手法は,従来のシミュレータよりも小角回転のリソース要求を4倍精度で改善することで,実用的優位性が得られることを示した。 この研究は、数百万の量子演算をサポートするデバイス上で、初期のフォールトトレラントなデモの道を開くものだ。

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