論文の概要: Quantum Resource Comparison for Two Leading Surface Code Lattice Surgery Approaches
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.08182v1
- Date: Mon, 09 Jun 2025 19:46:32 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-11 15:11:40.569153
- Title: Quantum Resource Comparison for Two Leading Surface Code Lattice Surgery Approaches
- Title（参考訳）: 2つの先行する表面コード格子手術の量子リソース比較
- Authors: Tyler LeBlond, Ryan S. Bennink,
- Abstract要約: ハミルトンシミュレーションは量子優位性の実証の最も有望な候補の1つである。
最適スキームは量子信号処理を用いてハミルトニアンシミュレーションを実装するかどうかに依存することを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.759660604072964
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Hamiltonian simulation is one of the most promising candidates for the demonstration of quantum advantage within the next ten years, and several studies have proposed end-to-end resource estimates for executing such algorithms on fault-tolerant quantum processors. Usually, these resource estimates are based upon the assumption that quantum error correction is implemented using the surface code, and that the best surface code compilation scheme involves serializing input circuits by eliminating all Clifford gates. This transformation is thought to make best use of the native multi-body measurement (lattice surgery) instruction set available to surface codes. Some work, however, has suggested that direct compilation from Clifford+T to lattice surgery operations may be beneficial for circuits that have high degrees of logical parallelism. In this study, we analyze the resource costs for implementing Hamiltonian simulation using example approaches from each of these leading surface code compilation families. The Hamiltonians whose dynamics we consider are those of the transverse-field Ising model in several geometries, the Kitaev honeycomb model, and the $\mathrm{\alpha-RuCl_3}$ complex under a time-varying magnetic field. We show, among other things, that the optimal scheme depends on whether Hamiltonian simulation is implemented using the quantum signal processing or Trotter-Suzuki algorithms, with Trotterization benefiting by orders of magnitude from direct Clifford+T compilation for these applications. Our results suggest that surface code quantum computers should not have a one-size-fits-all compilation scheme, but that smart compilers should predict the optimal scheme based upon high-level quantities from logical circuits such as average circuit density, numbers of logical qubits, and T fraction.
- Abstract（参考訳）: ハミルトンシミュレーションは、今後10年間で量子優位性を示す最も有望な候補の1つであり、いくつかの研究では、フォールトトレラント量子プロセッサ上でそのようなアルゴリズムを実行するためのエンドツーエンドのリソース推定を提案した。
通常、これらのリソース推定は、量子エラー補正が表面コードを用いて実装され、最良のサーフェスコードコンパイルスキームは、全てのクリフォードゲートを排除して入力回路をシリアライズするものであるという仮定に基づいている。
この変換は、表面コードで利用可能なネイティブな多体計測(格子手術)命令セットを最大限に活用すると考えられている。
しかし、いくつかの研究はクリフォード+Tから格子手術への直接コンパイルが、高い論理並列性を持つ回路にとって有益である可能性を示唆している。
本研究では,これらの主要な曲面コードコンパイルファミリの例を用いて,ハミルトンシミュレーションを実装する際の資源コストを解析する。
我々が考えるハミルトニアンは、いくつかの測地における横磁場イジングモデル、北エフハニカムモデル、および時変磁場下での$\mathrm{\alpha-RuCl_3}$複合体である。
ここでは,量子信号処理やトロッタスズキアルゴリズムを用いてハミルトンシミュレーションを行うか,直接Clifford+Tコンパイルの次数によるトロッタライズが有効であることを示す。
この結果から,サーフェスコード量子コンピュータは1つの大きさのコンパイル方式を持つべきではないが,平均回路密度,論理量子ビット数,T分数などの論理回路からの高レベル量に基づいて,スマートコンパイラーは最適スキームを予測すべきであることが示唆された。
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