論文の概要: Planar Fault-Tolerant Quantum Computation with Low Overhead

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.18061v1
• Date: Sun, 22 Jun 2025 15:07:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-24 19:06:36.726223
• Title: Planar Fault-Tolerant Quantum Computation with Low Overhead
• Title（参考訳）: 低オーバーヘッド平面型フォールトトレラント量子計算
• Authors: Yingli Yang, Guo Zhang, Ying Li,
• Abstract要約: 計画BB符号のフォールトトレラントな論理演算を設計するためのフレームワークであるCode craftを紹介する。 我々は,制御NOTゲート,状態伝達,パウリ測定などの論理演算を,このフレームワーク内で効率的に実装可能であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.232949916418351
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Fault-tolerant quantum computation critically depends on architectures uniting high encoding rates with physical implementability. Quantum low-density parity-check (qLDPC) codes, including bivariate bicycle (BB) codes, achieve dramatic reductions in qubit overhead, yet their logical operations remain a key challenge under planar hardware constraints. Here, we introduce code craft, a framework for designing fault-tolerant logical operations on planar BB codes within a translationally invariant, two-dimensional qubit lattice. By systematically deforming codes through local modifications-stretching, cutting, and painting-we enable the manipulation of logical qubits using strictly planar operations. We establish fault tolerance through numerical optimization of code distances and show that logical operations, including controlled-NOT gates, state transfers, and Pauli measurements, can be efficiently implemented within this framework to assemble an individually addressable logical qubit network. Universal quantum computation can then be realized by coupling just one BB-code logical qubit to a surface-code block. By combining the high encoding efficiency of qLDPC codes with geometric locality, our approach offers a practical and resource-efficient path to fault-tolerant quantum computation.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子計算は、物理的に実装可能な高符号化レートを結合するアーキテクチャに依存している。 2変数自転車(BB)符号を含む量子低密度パリティチェック(qLDPC)符号は、量子ビットオーバーヘッドを劇的に削減するが、その論理演算は平面ハードウェア制約の下では重要な課題である。 本稿では,2次元量子ビット格子内の平面BB符号のフォールトトレラントな論理演算を設計するためのフレームワークであるCode craftを紹介する。 局所的な修正ストレッチ、カット、ペインティングにより、体系的に符号を変形することにより、厳密な平面演算を用いた論理量子ビットの操作を可能にする。 コード距離の数値最適化によりフォールトトレランスを確立し,制御NOTゲート,状態遷移,パウリ測定などの論理演算をこのフレームワーク内に効率よく実装して,個別に対応可能な論理量子ビットネットワークを構築することができることを示す。 普遍量子計算は、1つのBB符号論理量子ビットを曲面符号ブロックに結合することで実現できる。 提案手法は,qLDPC符号の高符号化効率と幾何的局所性を組み合わせることにより,フォールトトレラント量子計算への実用的で資源効率の高い経路を提供する。

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