論文の概要: Fault-tolerant Fusion-based Quantum Computing with the Four-legged Cat Code
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.03796v1
- Date: Tue, 05 Aug 2025 18:00:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-07 20:09:22.403578
- Title: Fault-tolerant Fusion-based Quantum Computing with the Four-legged Cat Code
- Title（参考訳）: 四脚猫符号を用いたフォールトトレラント核融合型量子コンピューティング
- Authors: Harshvardhan K. Babla, James D. Teoh, Jahan Claes, Daniel K. Weiss, Shraddha Singh, Robert J. Schoelkopf, Shruti Puri,
- Abstract要約: 4本脚の猫符号は、ボソニックモードにおける主なエラーに対処するために設計された量子エラー訂正符号である。
本稿では,核融合による誤り訂正によるXZZXコードとの結合により,このコードに対する平面的フォールトトレラントアーキテクチャを提案する。
- 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: The four-legged cat code is a quantum error-correcting code designed to address the predominant error in bosonic modes: single-photon loss. It was the first such code to surpass the break-even point, thereby demonstrating the practical utility of quantum error correction. In this work, we propose a planar fault-tolerant architecture for this code by concatenating it with the XZZX code via fusion-based error-correction. To the best of our knowledge, this is the first 2D nearest-neighbor architecture for fault-tolerant fusion-based error-correction. We demonstrate how all the required operations, namely resource state preparation and Bell measurements, can be carried out using standard circuit-QED techniques, such as intercavity beam-splitter coupling, cavity displacements, cavity-transmon dispersive coupling, and transmon drives. We show analytically and numerically that all dominant hardware errors in the bosonic modes and control ancillae are corrected, to first-order, at the hardware level. Consequently, the outer XZZX code only needs to address smaller residual errors, which are quadratically suppressed, effectively doubling the architecture's fault-distance. Moreover, the performance of our architecture is not limited by unwanted nonlinearities such as cavity self-Kerr, and it avoids demanding coupling techniques like $\chi$-matching or high-order coupling. Overall, our architecture substantially reduces the hardware complexity needed to achieve fault tolerance with the four-legged cat code.
- Abstract（参考訳）: 4本脚の猫符号は、ボソニックモードにおける主なエラーに対処するために設計された量子エラー訂正符号である。
破局点を超えた最初のコードであり、量子誤り訂正の実用性を実証した。
本研究では,核融合による誤り訂正によるXZZXコードとの結合により,このコードに対する平面型フォールトトレラントアーキテクチャを提案する。
我々の知る限りでは、これはフォールトトレラント核融合に基づくエラー訂正のための、最も近い2次元アーキテクチャである。
本稿では, キャビティビームスプリッタ結合, キャビティ変位, キャビティ-トランスモン分散結合, トランスモンドライブなどの標準回路QED技術を用いて, 必要なすべての操作, すなわち資源状態準備とベル測定をいかに行うかを示す。
ボソニックモードおよび制御アンシラにおけるハードウェアエラーが,ハードウェアレベルで1次に補正されることを解析的および数値的に示す。
その結果、外部のXZZXコードは、より小さな残差エラーにのみ対処する必要があり、これは2次的に抑制され、アーキテクチャのフォールト距離は事実上2倍になる。
さらに,空洞自己Kerrのような不必要な非線形性によってアーキテクチャの性能が制限されることはなく,$\chi$-matchingや高次結合といった結合技術は不要である。
全体として、当社のアーキテクチャは、4本脚の猫コードでフォールトトレランスを達成するために必要なハードウェアの複雑さを大幅に減らします。
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