論文の概要: GPU-Accelerated Syndrome Decoding for Quantum LDPC Codes below the 63 $μ$s Latency Threshold

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.07879v1
• Date: Mon, 11 Aug 2025 11:53:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-12 21:23:29.074894
• Title: GPU-Accelerated Syndrome Decoding for Quantum LDPC Codes below the 63 $μ$s Latency Threshold
• Title（参考訳）: GPU-Accelerated Syndrome Decoding for Quantum LDPC codes under the 63 $μ$s Latency Threshold
• Authors: Oscar Ferraz, Bruno Coutinho, Gabriel Falcao, Marco Gomes, Francisco A. Monteiro, Vitor Silva,
• Abstract要約: 本稿では,量子低密度パリティチェック(QLDPC)符号のためのGPU高速化デコーダを提案する。 これは、GoogleのWilow量子プロセッサで実証された表面コードデコーダのリアルタイムしきい値の下にある63ドル以下のレイテンシを実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7718183218282009
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: This paper presents a GPU-accelerated decoder for quantum low-density parity-check (QLDPC) codes that achieves sub-$63$ $\mu$s latency, below the surface code decoder's real-time threshold demonstrated on Google's Willow quantum processor. While surface codes have demonstrated below-threshold performance, the encoding rates approach zero as code distances increase, posing challenges for scalability. Recently proposed QLDPC codes, such as those by Panteleev and Kalachev, offer constant-rate encoding and asymptotic goodness but introduce higher decoding complexity. To address such limitation, this work presents a parallelized belief propagation decoder leveraging syndrome information on commodity GPU hardware. Parallelism was exploited to maximize performance within the limits of target latency, allowing decoding latencies under $50$ $\mu$s for [[$784$, $24$, $24$]] codes and as low as $23.3$ $\mu$s for smaller codes, meeting the tight timing constraints of superconducting qubit cycles. These results show that real-time, scalable decoding of asymptotically good quantum codes is achievable using widely available commodity hardware, advancing the feasibility of fault-tolerant quantum computation beyond surface codes.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,量子低密度パリティチェック(QLDPC)符号に対するGPU加速デコーダを提案する。このデコーダは,GoogleのWilow量子プロセッサで実証された表面コードデコーダのリアルタイムしきい値以下で63ドル以下でレイテンシを実現する。 サーフェスコードは下限のパフォーマンスを示しているが、コード距離が増加するにつれてエンコードレートがゼロに近づき、スケーラビリティの課題が浮かび上がっている。 最近提案されたQLDPC符号は、PanteleevやKalachevのように、一定レートの符号化と漸近的良性を提供するが、復号化の複雑さは高い。 このような制限に対処するため、コモディティGPUハードウェアのシンドローム情報を利用した並列化信念伝搬デコーダを提案する。 並列性は、目標レイテンシの限界内でパフォーマンスを最大化するために利用され、[[[784$, $24$, $24$]]コードに対して50$\mu$s以下の遅延をデコードし、より小さなコードに対して23.3$ $$\mu$sまで小さくすることで、超伝導キュービットサイクルの厳密なタイミング制約を満たす。 これらの結果から,漸近的に優れた量子符号のリアルタイムかつスケーラブルな復号化が,広く利用可能なコモディティハードウェアを用いて実現可能であることが示され,フォールトトレラントな量子計算が表面符号を超えて実現可能であることが示唆された。

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