論文の概要: Space and Time Cost of Continuous Rotations in Surface Codes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.06236v1
- Date: Fri, 08 Aug 2025 11:38:41 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-11 20:39:06.214365
- Title: Space and Time Cost of Continuous Rotations in Surface Codes
- Title（参考訳）: 表面コードにおける連続回転の空間的・時間的コスト
- Authors: Zhu Sun, Balint Koczor,
- Abstract要約: クリフォード演算は、フォールトトレラント量子コンピュータで比較的容易に実装できる。
連続回転ゲートは 典型的な量子アルゴリズムにおいて 重要なボトルネックのままです
ハンミング重畳や触媒塔など、回転のT数やT深度を減らすために、いくつかの技術が開発されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.949578540557016
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: While Clifford operations are relatively easy to implement in fault-tolerant quantum computers,continuous rotation gates remain a significant bottleneck in typical quantum algorithms. In this work, we ask the question: "What is the most efficient approach for implementing continuous rotations in a surface code architecture?" Several techniques have been developed to reduce the T-count or T-depth of rotations, such as Hamming weight phasing and catalyst towers. However, these methods often require additional a number of ancilla qubits, and thus the ultimate cost function one needs to optimise against should rather be the total runtime or the total space required for performing a rotation. We explicitly construct surface code layouts for catalyst towers in two practical application examples in the context of option pricing: (a) implementing a phase oracle circuit, which is a ubiquitous subroutine in many quantum algorithms, and (b) state preparation using a variational quantum circuit. Our analysis shows that, at small and medium code distances, catalyst towers not only reduce the runtime but can also decrease the total spacetime volume of rotations. However, at large code distances, conventional Clifford+T synthesis may prove more efficient. Additionally, we note that our conclusions are sensitive to specific application scenarios and the choices of various parameters. Nevertheless, catalyst towers may be particularly advantageous for early fault-tolerant quantum applications, where low and medium code distances are assumed and a spacetime tradeoff is needed to reduce the runtime of individual circuit runs, such as in scenarios involving high circuit repetition counts.
- Abstract（参考訳）: クリフォード演算はフォールトトレラント量子コンピュータでは比較的容易に実装できるが、連続回転ゲートは典型的な量子アルゴリズムにおいて重要なボトルネックである。
表面コードアーキテクチャで連続的なローテーションを実装する上で,最も効率的なアプローチは何だろうか?
ハンミング重畳や触媒塔など、回転のT数やT深度を減らすために、いくつかの技術が開発されている。
しかしながら、これらの手法は、多くのアンシラ量子ビットを必要とするため、最適化する必要がある究極のコスト関数は、ローテーションを実行するのに必要な総実行時間または総空間であるべきである。
触媒塔の表面コードレイアウトをオプション価格の文脈で2つの実用的な応用例で明示的に構築する。
(a)多くの量子アルゴリズムにおいてユビキタスなサブルーチンである位相オラクル回路を実装し、
(b)変分量子回路を用いた状態調製
解析により, 触媒塔はランタイムを減少させるだけでなく, 回転の時空体積を減少させることができることがわかった。
しかし、大きな符号距離では、従来のクリフォード+T合成の方がより効率的であることが証明される。
さらに、我々の結論は、特定のアプリケーションシナリオと様々なパラメータの選択に敏感であることに留意する。
しかしながら、触媒塔は、低および中距離の符号距離を仮定し、高回路繰り返し数を含むシナリオのように、個々の回路の実行時間を減らすために時空のトレードオフを必要とする初期のフォールトトレラント量子アプリケーションに特に有利である。
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