論文の概要: Low-depth quantum error correction via three-qubit gates in Rydberg atom arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.06096v1
• Date: Tue, 08 Jul 2025 15:37:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-09 16:34:38.26982
• Title: Low-depth quantum error correction via three-qubit gates in Rydberg atom arrays
• Title（参考訳）: Rydberg原子アレイにおける3量子ゲートによる低深さ量子誤差補正
• Authors: Laura Pecorari, Sven Jandura, Guido Pupillo,
• Abstract要約: 量子誤り訂正(QEC)は、多くの物理量子ビットを持つ深部量子回路を実行し、情報をエラーから保護することを必要とする。 フォールトトレランスを維持しながら、4ドルのCZ$ではなく、たった2ドルのCZ$ゲートを使って、高速で効率的なサーフェスコードの安定化を実現する方法を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum error correction (QEC) requires the execution of deep quantum circuits with large numbers of physical qubits to protect information against errors. Designing protocols that can reduce gate and space-time overheads of QEC is therefore crucial to enable more efficient QEC in near-term experiments. Multiqubit gates offer a natural path towards fast and low-depth stabilizer measurement circuits. However, they typically introduce high-weight correlated errors that can degrade the circuit-level distance, leading to slower scalings of the logical error probabilities. In this work, we show how to realize fast and efficient surface code stabilizer readout using only two $CZ_2$ gates -- instead of four $CZ$ -- while preserving fault tolerance, and provide a blueprint for implementation in Rydberg atom arrays. We derive the time-optimal pulses implementing the gates and perform extensive QEC numerical simulations with leakage errors. Compared to the standard protocol using four $CZ$ gates, our scheme is faster, uses fewer gates and crucially maintains fault tolerance with comparable logical error probabilities. Fault-tolerant generalizations of this scheme to other QEC codes, such as quantum Low-Density Parity-Check codes, are also discussed.
• Abstract（参考訳）: 量子誤り訂正(QEC)は、多くの物理量子ビットを持つ深部量子回路を実行し、情報をエラーから保護することを必要とする。 したがって、QECのゲートおよび時空オーバーヘッドを低減できるプロトコルの設計は、短期実験においてより効率的なQECを実現するために重要である。 マルチキュービットゲートは、高速かつ低深さの安定化器測定回路への自然な経路を提供する。 しかし、それらは一般に、回路レベル距離を低下させる高重相関誤差を導入し、論理的誤差確率のスケーリングを遅くする。 本研究では,フォールトトレランスを保ちながら,2ドルCZ_2$ゲート(4ドルCZ$ではなく)のみを使用して高速かつ効率的なサーフェスコード安定化器の読み出しを実現する方法を示し,Rydbergアトムアレイの実装の青写真を提供する。 ゲートを実装した時間-最適パルスを導出し,漏洩誤差を伴う広範囲なQEC数値シミュレーションを行う。 CZ$の4つのゲートを使った標準プロトコルと比較して、我々の手法はより高速で、より少ないゲートを使い、フォールトトレランスを同等の論理的エラー確率で決定的に維持する。 このスキームの量子低密度パリティ・チェック符号など他のQEC符号へのフォールトトレラントな一般化も議論されている。

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