論文の概要: Fault-Tolerant Quantum Error Correction for Constant-Excitation Stabilizer Codes under Coherent Noise
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.10395v1
- Date: Mon, 14 Jul 2025 15:37:12 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-15 18:48:25.270769
- Title: Fault-Tolerant Quantum Error Correction for Constant-Excitation Stabilizer Codes under Coherent Noise
- Title（参考訳）: コヒーレントノイズ下における定励起安定化器符号のフォールトトレラント量子誤差補正
- Authors: Ching-Yi Lai, Pei-Hao Liou, Yingkai Ouyang,
- Abstract要約: 集団コヒーレントノイズは、フォールトトレラント量子誤り訂正(FTQEC)の課題を提起する
デュアルレール結合に基づくCE符号に対する完全なフォールトトレラントアーキテクチャを提案する。
本研究は,CE符号のためのFTQECフレームワークを初めて確立し,コヒーレントノイズに対するロバスト性を実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.41545154221656
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Collective coherent noise poses challenges for fault-tolerant quantum error correction (FTQEC), as it falls outside the usual stochastic noise models. While constant excitation (CE) codes can naturally avoid coherent noise, a complete fault-tolerant framework for the use of these codes under realistic noise models has been elusive. Here, we introduce a complete fault-tolerant architecture for CE CSS codes based on dual-rail concatenation. After showing that transversal CNOT gates violate CE code constraints, we introduce CE-preserving logical CNOT gates and modified Shor- and Steane-type syndrome extraction schemes using zero-controlled NOT gates and CE-compatible ancilla. This enables fault-tolerant syndrome-extraction circuits fully compatible with CE constraints. We also present an extended stabilizer simulation algorithm that efficiently tracks both stochastic and collective coherent noise. Using our framework, we identify minimal CE codes, including the $[[12,1,3]]$ and $[[14,3,3]]$ codes, and demonstrate that the $[[12,1,3]]$ code achieves strong performance under coherent noise. Our results establish the first complete FTQEC framework for CE codes, demonstrating their robustness to coherent noise. This highlights the potential of CE codes as a possible solution for quantum processors dominated by collective coherent noise.
- Abstract（参考訳）: 集合的コヒーレントノイズは、通常の確率的ノイズモデル外にあるため、フォールトトレラント量子誤差補正(FTQEC)の課題となる。
絶え間ない励起(CE)符号は自然にコヒーレントノイズを回避できるが、現実的なノイズモデルの下でこれらの符号を使用するための完全なフォールトトレラントなフレームワークは解明されている。
本稿では,デュアルレール結合に基づくCE CSSコードに対する完全なフォールトトレラントアーキテクチャを提案する。
CNOT ゲートは CE 符号制約に反することを示した後,CE 保存論理 CNOT ゲートを導入し,ゼロ制御NOT ゲートと CE 互換アンシラを用いた Shor- および Steane-type 症候群抽出法を改良した。
これにより、CE制約と完全に互換性のあるフォールトトレラントシンドローム抽出回路が実現される。
また,確率的ノイズと集合的コヒーレントノイズの両方を効率的に追跡する拡張安定化器シミュレーションアルゴリズムを提案する。
私たちのフレームワークを使って、$[[12,1,3]]$と$[[14,3,3]]$コードを含む最小のCEコードを特定し、[[12,1,3]$コードがコヒーレントノイズの下で強いパフォーマンスを達成することを示す。
本研究は,CE符号のためのFTQECフレームワークを初めて確立し,コヒーレントノイズに対するロバスト性を実証した。
これは、集合コヒーレントノイズに支配される量子プロセッサの可能なソリューションとしてのCE符号の可能性を強調している。
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