論文の概要: Breaking even with magic: demonstration of a high-fidelity logical non-Clifford gate
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.14688v1
- Date: Tue, 17 Jun 2025 16:23:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-18 17:34:59.571738
- Title: Breaking even with magic: demonstration of a high-fidelity logical non-Clifford gate
- Title（参考訳）: 魔法でも破る:高忠実な論理的非クリフォード門のデモ
- Authors: Shival Dasu, Simon Burton, Karl Mayer, David Amaro, Justin A. Gerber, Kevin Gilmore, Dan Gresh, Davide DelVento, Andrew C. Potter, David Hayes,
- Abstract要約: 本研究では、8つの物理量子ビットしか使用しない量子エラー検出符号において、一対の論理的マジック状態をフォールトトレラントに生成するためのマジック状態準備プロトコルを提案する。
このプロトコルは, 空間的オーバーヘッドの少ない極めて高忠実なマジック状態を生成するために, 自己結合可能であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6986469299341722
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Encoding quantum information to protect it from errors is essential for performing large-scale quantum computations. Performing a universal set of quantum gates on encoded states demands a potentially large resource overhead and minimizing this overhead is key for the practical development of large-scale fault-tolerant quantum computers. We propose and experimentally implement a magic-state preparation protocol to fault-tolerantly prepare a pair of logical magic states in a [[6,2,2]] quantum error-detecting code using only eight physical qubits. Implementing this protocol on H1-1, a 20 qubit trapped-ion quantum processor, we prepare magic states with experimental infidelity $7^{+3}_{-1}\times 10^{-5}$ with a $14.8^{+1}_{-1}\%$ discard rate and use these to perform a fault-tolerant non-Clifford gate, the controlled-Hadamard (CH), with logical infidelity $\leq 2.3^{+9}_{-9}\times 10^{-4}$. Notably, this significantly outperforms the unencoded physical CH infidelity of $10^{-3}$. Through circuit-level stabilizer simulations, we show that this protocol can be self-concatenated to produce extremely high-fidelity magic states with low space-time overhead in a [[36,4,4]] quantum error correcting code, with logical error rates of $6\times 10^{-10}$ ($5\times 10^{-14}$) at two-qubit error rate of $10^{-3}$ ($10^{-4}$) respectively.
- Abstract（参考訳）: エラーから保護するために量子情報をエンコードすることは、大規模な量子計算を行うのに不可欠である。
符号化された状態に量子ゲートの普遍的なセットを実行するには、潜在的に大きなリソースオーバーヘッドが必要であり、このオーバーヘッドを最小限に抑えることが、大規模なフォールトトレラント量子コンピュータの実用化の鍵となる。
本研究では,[6,2,2]量子誤り検出符号において,8つの物理量子ビットのみを用いて,一対の論理的マジック状態をフォールトトレラント的に生成するためのマジック状態準備プロトコルを提案し,実験的に実装する。
このプロトコルを20キュービットの量子プロセッサであるH1-1上で実装し、実験的な不忠実な7^{+3}_{-1}\times 10^{-5}$に14.8^{+1}_{-1}\%のディスカードレートで生成し、これらをフォールトトレラントな非クリフォードゲート、制御されたハダード(CH)、論理的不忠実な$\leq 2.3^{+9}_{-9}\times 10^{-4}$に使用する。
特に、これは未符号化の物理CH不完全性10^{-3}$を著しく上回る。
回路レベルの安定化器シミュレーションを通して、このプロトコルは、[36,4,4]量子誤り訂正符号において、[36,4,4]量子誤り訂正符号において、極端に高忠実なマジック状態を生成するために、それぞれ6,6\times 10^{-10}$$$(5\times 10^{-14}$)の論理誤差率を10,3}$(10^{-4}$)の2ビット誤り率で自己整合可能であることを示す。
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