論文の概要: Fault-Tolerant Stabilizer Measurements in Surface Codes with Three-Qubit Gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.09029v1
- Date: Tue, 10 Jun 2025 17:54:23 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-11 15:11:43.060589
- Title: Fault-Tolerant Stabilizer Measurements in Surface Codes with Three-Qubit Gates
- Title（参考訳）: 3ビットゲートを有する表面符号における耐故障性安定化器の測定
- Authors: Josias Old, Stephan Tasler, Michael J. Hartmann, Markus Müller,
- Abstract要約: 回転しない曲面符号に対する安定化器測定回路は, 単一補助量子ビットと3量子ゲートを用いて耐故障性を示す。
これらのゲートにより、低い深さの回路が故障箇所を減らし、QECサイクル時間を短縮することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.351813974961217
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Quantum error correction (QEC) is considered a deciding component in enabling practical quantum computing. Stabilizer codes, and in particular topological surface codes, are promising candidates for implementing QEC by redundantly encoding quantum information. While it is widely believed that a strictly fault-tolerant protocol can only be implemented using single- and two-qubit gates, several quantum computing platforms, based on trapped ions, neutral atoms and also superconducting qubits support native multi-qubit operations, e.g. using multi-ion entangling gates, Rydberg blockade or parallelized tunable couplers, respectively. In this work, we show that stabilizer measurement circuits for unrotated surface codes can be fault-tolerant using single auxiliary qubits and three-qubit gates. These gates enable lower-depth circuits leading to fewer fault locations and potentially shorter QEC cycle times. Concretely, we find that in an optimistic parameter regime where fidelities of three-qubit gates are the same as those of two-qubit gates, the logical error rate can be up to one order of magnitude lower and the threshold can be significantly higher, increasing from $\approx 0.76 \%$ to $\approx 1.05 \%$. Our results, which are applicable to a wide range of platforms, thereby motivate further investigation into multi-qubit gates as components for fault-tolerant QEC, as they can lead to substantial advantages in terms of time and physical qubit resources required to reach a target logical error rate.
- Abstract（参考訳）: 量子誤り訂正(QEC)は、実用的な量子コンピューティングを実現するための決定的な要素であると考えられている。
安定化器符号、特に位相曲面符号は、量子情報を冗長に符号化することでQECを実装するための有望な候補である。
厳密にフォールトトレラントなプロトコルは単一および2量子ビットゲートでしか実装できないと広く信じられているが、いくつかの量子コンピューティングプラットフォームは、捕捉されたイオン、中性原子、超伝導量子ビットをベースとし、ネイティブなマルチキュービット演算をサポートする。
本研究では, 回転しない曲面符号に対する安定化器測定回路は, 単一補助量子ビットと3量子ゲートを用いて耐故障性を有することを示す。
これらのゲートにより、低い深さの回路が故障箇所を減らし、QECサイクル時間を短縮することができる。
具体的には、3量子ゲートの忠実度が2量子ゲートの忠実度と同じである楽観的なパラメータでは、論理誤差率を最大1桁まで下げることができ、しきい値が大幅に高くなり、$\approx 0.76 \%$から$\approx 1.05 \%$へと増加する。
以上の結果から,マルチキュービットゲートをフォールトトレラントQECの構成要素として検討し,目標とする論理的誤り率に到達するのに必要な時間的および物理的キュービットリソースの面で大きなメリットをもたらす可能性がある。
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