論文の概要: Logical Error Rates for the Surface Code Under a Mixed Coherent and Stochastic Circuit-Level Noise Model Inspired by Trapped Ions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.14227v1
• Date: Tue, 19 Aug 2025 19:37:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-21 16:52:41.25384
• Title: Logical Error Rates for the Surface Code Under a Mixed Coherent and Stochastic Circuit-Level Noise Model Inspired by Trapped Ions
• Title（参考訳）: 混合コヒーレント・確率回路レベルノイズモデルによる表面符号の論理的誤差率
• Authors: Tyler LeBlond, Peter Groszkowski, Justin G. Lietz, Christopher M. Seck, Ryan S. Bennink,
• Abstract要約: 仮想格子を用いた量子電荷結合デバイス(QCCD)上に実装された表面符号の論理誤差率について検討する。 具体的には、アイドリング面符号の論理チャネルを構築し、そのダイヤモンド誤差を混合コヒーレントおよび回路レベルのノイズモデルの下で検証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5767156832161817
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: With fault-tolerant quantum computing (FTQC) on the horizon, it is critical to understand sources of logical error in plausible hardware implementations of quantum error-correcting codes (QECC). In this work, we consider logical error rates for the surface code implemented on a hypothetical grid-based trapped-ion quantum charge-coupled device (QCCD) architecture. Specifically, we construct logical channels for the idling surface code and examine its diamond error under a mixed coherent and stochastic circuit-level noise model inspired by trapped ions. We include the coherent dephasing noise that is known to accumulate during physical qubit idling and transport in these systems, determining idling and transport durations using the time-resolved output of the trapped-ion surface code compiler (TISCC). To estimate expectation values of logical Pauli observables following hardware circuits containing non-Clifford sources of noise, we utilize a Monte Carlo technique to sample from an underlying quasi-probability distribution of Clifford circuits that we independently simulate in a phase-sensitive fashion. We verify error suppression up to code distance $d=11$ at coherent dephasing rates near and below those of current-generation trapped-ion quantum computers and find that logical error rates align with those of analogous fully stochastic simulations in this regime. Exploring higher dephasing rates at $d=3-5$, we find evidence for growing coherent rotations about all three logical Pauli axes, increased diagonal logical error process matrix elements relative to those of stochastic simulations, and a reduced dephasing rate threshold. Overall, our work paves a way toward realistic hardware emulation of small fault-tolerant quantum processes, e.g., members of a FTQC instruction set.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)が地平線上にあるため、量子エラー訂正符号(QECC)のハードウェア実装において論理エラーの原因を理解することが重要である。 本研究では,仮想格子型トラップイオン量子電荷結合デバイス(QCCD)に実装された表面符号の論理誤差率について考察する。 具体的には、アイドリング面符号の論理チャネルを構築し、閉じ込められたイオンにインスパイアされたコヒーレントで確率的な回路レベルの混合ノイズモデルの下でダイヤモンド誤差を検証する。 これらのシステムでは,物理量子ビットのアイドリングと輸送の間に蓄積されるコヒーレントなデフォーカスノイズを含み,捕捉されたイオン表面コードコンパイラ(TISCC)の時間分解出力を用いてアイドリングと輸送期間を決定する。 非クリフォードノイズ源を含むハードウェア回路の論理的パウリ観測値の予測値を推定するために、モンテカルロ法を用いて、独立に位相感受性にシミュレートしたクリフォード回路の準確率分布をサンプリングする。 我々は,符号距離$d=11$までの誤り抑制を,現在世代のトラップイオン量子コンピュータの近辺およびそれ以下でのコヒーレントデファスレートで検証し,論理誤差率が,この状態における類似の完全確率シミュレーションと一致することを発見した。 3つの論理的パウリ軸のコヒーレント回転の増大, 対角的論理的誤り過程行列要素の増大, 退化速度閾値の低下など, 高い退化速度を$d=3-5$で探索した。 全体として、我々の研究は、FTQC命令セットのメンバーなど、小さなフォールトトレラント量子プロセスの現実的なハードウェアエミュレーションへの道を開いた。

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