論文の概要: Experimental demonstration of high-fidelity logical magic states from code switching
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.14169v1
- Date: Tue, 17 Jun 2025 04:08:41 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-18 17:34:59.32347
- Title: Experimental demonstration of high-fidelity logical magic states from code switching
- Title（参考訳）: コードスイッチングによる高忠実度論理マジック状態の実験的実証
- Authors: Lucas Daguerre, Robin Blume-Kohout, Natalie C. Brown, David Hayes, Isaac H. Kim,
- Abstract要約: 1つのコードにマジック状態を用意し、もう1つのコードに切り替えます。
我々は、同じ量子プロセッサでマジック状態の2つのコピーを作成し、符号化されたマジック状態のサンプル効率証明のための論理ベル基底測定を行う。
高忠実度マジック状態は、既に実証されている耐故障性クリフォードゲート、状態準備、および2Dカラーコードの測定と組み合わせて、耐故障性プリミティブの普遍的なセットを完成させることができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.09320657506524146
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Preparation of high-fidelity logical magic states has remained as a necessary but daunting step towards building a large-scale fault-tolerant quantum computer. One approach is to fault-tolerantly prepare a magic state in one code and then switch to another, a method known as code switching. We experimentally demonstrate this protocol on an ion-trap quantum processor, yielding a logical magic state encoded in an error-correcting code with state-of-the-art logical fidelity. Our experiment is based on the first demonstration of code-switching between color codes, from the fifteen-qubit quantum Reed-Muller code to the seven-qubit Steane code. We prepare an encoded magic state in the Steane code with $82.58\%$ probability, with an infidelity of at most $5.1(2.7) \times 10^{-4}$. The reported infidelity is lower than the leading infidelity of the physical operations utilized in the protocol by a factor of at least $2.7$, indicating the quantum processor is below the pseudo-threshold. Furthermore, we create two copies of the magic state in the same quantum processor and perform a logical Bell basis measurement for a sample-efficient certification of the encoded magic state. The high-fidelity magic state can be combined with the already-demonstrated fault-tolerant Clifford gates, state preparation, and measurement of the 2D color code, completing a universal set of fault-tolerant computational primitives with logical error rates equal or better than the physical two-qubit error rate.
- Abstract（参考訳）: 高忠実度論理魔法状態の生成は、大規模なフォールトトレラント量子コンピュータを構築するための必要なステップであり続けている。
1つのアプローチは、フォールトトレラントに1つのコードでマジック状態を準備し、もう1つのコードに切り替えることである。
我々は、このプロトコルをイオントラップ量子プロセッサ上で実験的に実証し、誤り訂正符号にエンコードされた論理魔法状態と最先端の論理忠実性を与える。
実験は15量子ビットのReed-Muller符号から7量子ビットのSteane符号まで,カラーコード間のコードスイッチングの最初の実演に基づいている。
我々は、Stane 符号の符号化されたマジック状態に 82.58 %$ の確率で準備し、その不忠実度は少なくとも 5.1(2.7) \times 10^{-4}$ である。
報告された不完全性は、プロトコルで使用される物理演算の先行的不完全性よりも、少なくとも2.7ドルの係数で低く、量子プロセッサが擬似閾値以下であることを示している。
さらに、同じ量子プロセッサにマジック状態の2つのコピーを作成し、符号化されたマジック状態のサンプル効率証明のための論理ベル基底測定を行う。
高忠実度マジック状態は、既に実証済みの耐故障性クリフォードゲート、状態準備、および2次元カラーコードの測定と組み合わせて、物理2ビット誤り率と同等以上の論理誤差率を持つ耐故障性計算プリミティブの普遍的なセットを完成させる。
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