Fugu-MT 論文翻訳(概要): Design Automation in Quantum Error Correction

論文の概要: Design Automation in Quantum Error Correction

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.12253v1
Date: Wed, 16 Jul 2025 13:59:38 GMT
ステータス: 翻訳完了
システム内更新日: 2025-07-17 19:00:11.420346
Title: Design Automation in Quantum Error Correction
Title（参考訳）: 量子エラー補正における設計自動化
Authors: Archisman Ghosh, Avimita Chatterjee, Swaroop Ghosh,
Abstract要約: 実用的フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)を支える量子エラー補正(QEC) QECプロトコルは、しきい値以下の論理誤差率を抑え、信頼性の高い操作を保証するために必須である。したがって、QECフローにおける設計の自動化は重要であり、自動合成、トランスパイル、レイアウト、誤り訂正回路の検証を可能にする。
参考スコア（独自算出の注目度）: 2.089191490381739
License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
Abstract: Quantum error correction (QEC) underpins practical fault-tolerant quantum computing (FTQC) by addressing the fragility of quantum states and mitigating decoherence-induced errors. As quantum devices scale, integrating robust QEC protocols is imperative to suppress logical error rates below threshold and ensure reliable operation, though current frameworks suffer from substantial qubit overheads and hardware inefficiencies. Design automation in the QEC flow is thus critical, enabling automated synthesis, transpilation, layout, and verification of error-corrected circuits to reduce qubit footprints and push fault-tolerance margins. This chapter presents a comprehensive treatment of design automation in QEC, structured into four main sections. The first section delves into the theoretical aspects of QEC, covering logical versus physical qubit representations, stabilizer code construction, and error syndrome extraction mechanisms. In the second section, we outline the QEC design flow, detailing the areas highlighting the need for design automation. The third section surveys recent advancements in design automation techniques, including algorithmic $T$-gate optimization, modified surface code architecture to incorporate lesser qubit overhead, and machine-learning-based decoder automation. The final section examines near-term FTQC architectures, integrating automated QEC pipelines into scalable hardware platforms and discussing end-to-end verification methodologies. Each section is complemented by case studies of recent research works, illustrating practical implementations and performance trade-offs. Collectively, this chapter aims to equip readers with a holistic understanding of design automation in QEC system design in the fault-tolerant landscape of quantum computing.
Abstract（参考訳）: 量子エラー補正(QEC)は、量子状態の脆弱性に対処し、デコヒーレンスによって引き起こされるエラーを緩和することにより、実用的なフォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)を支える。量子デバイスがスケールするにつれて、堅牢なQECプロトコルの統合はしきい値以下の論理エラー率を抑え、信頼性の高い動作を保証するために必須である。したがって、QECフローにおける設計の自動化は重要であり、量子ビットフットプリントの削減とフォールトトレランスマージンをプッシュするために、自動合成、トランスパイレーション、レイアウト、エラー修正回路の検証を可能にする。本章では,4つの主要なセクションで構成されたQECにおける設計自動化の包括的処理について紹介する。第1部ではQECの理論的な側面を掘り下げ、論理的および物理的量子ビット表現、安定化符号構成、エラーシンドローム抽出機構を網羅している。第2部では、設計自動化の必要性を強調した領域について、QEC設計の流れを概説する。第3のセクションでは、アルゴリズムによる$T$-gate最適化、より少ない量子ビットオーバーヘッドを組み込む表面コードアーキテクチャの変更、マシンラーニングベースのデコーダ自動化など、最近の設計自動化技術の進歩について調査している。最終章では、FTQCアーキテクチャの短期について検討し、自動QECパイプラインをスケーラブルなハードウェアプラットフォームに統合し、エンドツーエンドの検証手法について議論する。各セクションは、最近の研究成果のケーススタディによって補完され、実践的な実装とパフォーマンス上のトレードオフが説明される。本章は、量子コンピューティングのフォールトトレラントな状況におけるQECシステム設計における設計自動化の全体的理解を読者に提供することを目的としている。

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