論文の概要: Fast correlated decoding of transversal logical algorithms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.13587v1
• Date: Mon, 19 May 2025 18:00:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-21 14:49:52.465972
• Title: Fast correlated decoding of transversal logical algorithms
• Title（参考訳）: 逆論理アルゴリズムの高速相関復号法
• Authors: Madelyn Cain, Dolev Bluvstein, Chen Zhao, Shouzhen Gu, Nishad Maskara, Marcin Kalinowski, Alexandra A. Geim, Aleksander Kubica, Mikhail D. Lukin, Hengyun Zhou,
• Abstract要約: 大規模計算には量子エラー補正(QEC)が必要であるが、かなりのリソースオーバーヘッドが発生する。 近年の進歩により、論理ゲートからなるアルゴリズムにおいて論理キュービットを共同で復号化することにより、症候群抽出ラウンドの数を削減できることが示されている。 ここでは、回路を介して伝播する関連する論理演算子製品を直接復号することで、回路の復号化の問題を修正する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 67.01652927671279
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum error correction (QEC) is required for large-scale computation, but incurs a significant resource overhead. Recent advances have shown that by jointly decoding logical qubits in algorithms composed of transversal gates, the number of syndrome extraction rounds can be reduced by a factor of the code distance $d$, at the cost of increased classical decoding complexity. Here, we reformulate the problem of decoding transversal circuits by directly decoding relevant logical operator products as they propagate through the circuit. This procedure transforms the decoding task into one closely resembling that of a single-qubit memory propagating through time. The resulting approach leads to fast decoding and reduced problem size while maintaining high performance. Focusing on the surface code, we prove that this method enables fault-tolerant decoding with minimum-weight perfect matching, and benchmark its performance on example circuits including magic state distillation. We find that the threshold is comparable to that of a single-qubit memory, and that the total decoding run time can be, in fact, less than that of conventional lattice surgery. Our approach enables fast correlated decoding, providing a pathway to directly extend single-qubit QEC techniques to transversal algorithms.
• Abstract（参考訳）: 大規模計算には量子エラー補正(QEC)が必要であるが、かなりのリソースオーバーヘッドが発生する。 近年の進歩は、論理量子ビットを逆ゲートからなるアルゴリズムで共同で復号することで、古典的復号複雑性の増大を犠牲にして、符号距離$d$の因子でシンドローム抽出ラウンドの数を減少させることができることを示している。 ここでは、回路を介して伝播する関連する論理演算子製品を直接復号することで、トランスバーサル回路の復号化の問題を再検討する。 この手順は、デコードタスクを時間を通して伝播する単一キュービットメモリのタスクとよく似たタスクに変換する。 結果として、高速な復号化と、高い性能を維持しながら問題サイズの削減につながる。 本手法は, 表面符号に着目し, 最小ウェイト完全マッチングによる耐故障復号化を実現し, マジック状態蒸留を含む実例回路の性能をベンチマークする。 しきい値はシングルキュービットメモリのそれと同等であり、デコード実行時間は、実際は従来の格子手術のそれより少ない。 提案手法は高速な相関復号化を実現し,一量子QEC技術を直接トランスバーサルアルゴリズムに拡張する経路を提供する。

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