論文の概要: Leveraging biased noise for more efficient quantum error correction at the circuit-level with two-level qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.17718v1
• Date: Fri, 23 May 2025 10:35:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-26 18:08:34.000628
• Title: Leveraging biased noise for more efficient quantum error correction at the circuit-level with two-level qubits
• Title（参考訳）: 2レベル量子ビットを用いた回路レベルでのより効率的な量子誤差補正のためのバイアスノイズの活用
• Authors: Josu Etxezarreta Martinez, Paul Schnabl, Javier Oliva del Moral, Reza Dastbasteh, Pedro M. Crespo, Ruben M. Otxoa,
• Abstract要約: また, 一定の条件下では, CNOTゲートに最大$etasim$5の残差が維持可能であることを示す。 我々はXZZX曲面符号の性能を数値的に研究し、バイアス保存型CZゲートがバイアスノイズの活用に重要であることを観察する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Tailoring quantum error correction codes (QECC) to biased noise has demonstrated significant benefits. However, most of the prior research on this topic has focused on code capacity noise models. Furthermore, a no-go theorem prevents the construction of CNOT gates for two-level qubits in a bias preserving manner which may, in principle, imply that noise bias cannot be leveraged in such systems. In this work, we show that a residual bias up to $\eta\sim$5 can be maintained in CNOT gates under certain conditions. Moreover, we employ controlled-phase (CZ) gates in syndrome extraction circuits and show how to natively implement these in a bias-preserving manner for a broad class of qubit platforms. This motivates the introduction of what we call a hybrid biased-depolarizing (HBD) circuit-level noise model which captures these features. We numerically study the performance of the XZZX surface code and observe that bias-preserving CZ gates are critical for leveraging biased noise. Accounting for the residual bias present in the CNOT gates, we observe an increase in the code threshold up to a $1.27\%$ physical error rate, representing a $90\%$ improvement. Additionally, we find that the required qubit footprint can be reduced by up to a $75\%$ at relevant physical error rates.
• Abstract（参考訳）: バイアスノイズに対する量子誤り訂正符号(QECC)の調整は、大きな利点を示している。 しかしながら、このトピックに関する以前の研究のほとんどは、コードキャパシティノイズモデルに焦点を当てていた。 さらに、no-go定理は、2レベル量子ビットに対するCNOTゲートの構成をバイアス保存方式で防ぎ、原理的にはそのようなシステムではノイズバイアスを利用できないことを示唆する。 本研究では,一定の条件下でCNOTゲートに最大$\eta\sim$5の残差が維持可能であることを示す。 さらに、我々はシンドローム抽出回路に制御位相(CZ)ゲートを導入し、広範囲の量子ビットプラットフォームに対してバイアス保存方式でネイティブに実装する方法を示す。 これは、これらの特徴を捉えるハイブリッドバイアス非偏極(HBD)回路レベルのノイズモデルの導入を動機付けている。 我々はXZZX曲面符号の性能を数値的に研究し、バイアス保存型CZゲートがバイアスノイズの活用に重要であることを観察する。 CNOTゲートに存在する残差を考慮し、コードしきい値が1.27 %$物理エラー率まで上昇し、90 %$改善されたことを示す。 さらに、必要な量子ビットのフットプリントを、関連する物理エラー率で最大75\%まで削減できることがわかった。

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