論文の概要: Synchronization for Fault-Tolerant Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.10258v1
• Date: Thu, 12 Jun 2025 00:57:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-13 15:37:22.505335
• Title: Synchronization for Fault-Tolerant Quantum Computers
• Title（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピュータの同期化
• Authors: Satvik Maurya, Swamit Tannu,
• Abstract要約: 量子誤り訂正 (Quantum Error Correction, QEC) は論理量子ビットに情報を確実に格納し、より信頼性の低い量子ビットに符号化する。 表面コードは物理エラーに対する高いレジリエンスで知られており、フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)の第一候補である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.36832029288386137
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Quantum Error Correction (QEC) codes store information reliably in logical qubits by encoding them in a larger number of less reliable qubits. The surface code, known for its high resilience to physical errors, is a leading candidate for fault-tolerant quantum computing (FTQC). Logical qubits encoded with the surface code can be in different phases of their syndrome generation cycle, thereby introducing desynchronization in the system. This can occur due to the production of non-Clifford states, dropouts due to fabrication defects, and the use of other QEC codes with the surface code to reduce resource requirements. Logical operations require the syndrome generation cycles of the logical qubits involved to be synchronized. This requires the leading qubit to pause or slow down its cycle, allowing more errors to accumulate before the next cycle, thereby increasing the risk of uncorrectable errors. To synchronize the syndrome generation cycles of logical qubits, we define three policies - Passive, Active, and Hybrid. The Passive policy is the baseline, and the simplest, wherein the leading logical qubits idle until they are synchronized with the remaining logical qubits. On the other hand, the Active policy aims to slow the leading logical qubits down gradually, by inserting short idle periods before multiple code cycles. This approach reduces the logical error rate (LER) by up to 2.4x compared to the Passive policy. The Hybrid policy further reduces the LER by up to 3.4x by reducing the synchronization slack and running a few additional rounds of error correction. Furthermore, the reduction in the logical error rate with the proposed synchronization policies enables a speedup in decoding latency of up to 2.2x with a circuit-level noise model.
• Abstract（参考訳）: 量子誤り訂正 (Quantum Error Correction, QEC) は論理量子ビットに情報を確実に格納し、より信頼性の低い量子ビットに符号化する。 表面コードは物理エラーに対する高いレジリエンスで知られており、フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)の第一候補である。 サーフェスコードで符号化された論理量子ビットは、シンドローム生成サイクルの異なる段階にありうるため、システムにデシンクロナイゼーションを導入することができる。 これは、非クリフォード状態の生成、製造欠陥によるドロップアウト、およびリソース要求を減らすために表面コードと他のQECコードを使用することによって起こりうる。 論理演算は、同期する論理量子ビットのシンドローム生成サイクルを必要とする。 これにより、リードキュービットはそのサイクルを停止または遅くし、次のサイクルの前により多くのエラーが蓄積され、修正不可能なエラーのリスクが増大する。 論理量子ビットのシンドローム生成サイクルを同期させるため、Passive、Active、Hybridの3つのポリシーを定義した。 パッシブポリシはベースラインであり、最も単純なもので、主要な論理量子ビットは残りの論理量子ビットと同期するまでアイドルする。 一方、Activeポリシーは、複数のコードサイクルの前に短いアイドル期間を挿入することで、主要な論理キュービットを徐々に遅くすることを目的としている。 このアプローチは、Passiveポリシーと比較して論理エラー率(LER)を2.4倍に削減する。 ハイブリッドポリシーは、同期スラックを減らし、数ラウンドのエラー修正を実行することにより、LERをさらに最大3.4倍削減する。 さらに、回路レベルのノイズモデルにより、論理誤差率の削減と同期ポリシの提案により、復号遅延を最大2.2倍まで高速化することができる。

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