論文の概要: Application of resource theory based on free Clifford+kT computation to early fault-tolerant quantum computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.14546v1
• Date: Wed, 20 Aug 2025 09:00:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-21 16:52:41.402776
• Title: Application of resource theory based on free Clifford+kT computation to early fault-tolerant quantum computing
• Title（参考訳）: 自由クリフォード+kT計算に基づく資源理論の早期フォールトトレラント量子コンピューティングへの応用
• Authors: Yuya O. Nakagawa, Yasunori Lee,
• Abstract要約: 我々は,一般量子状態のシミュレーションコストについて,$k$$T$ゲートしか使用できないという制約の下で検討した。 我々はその一般化を導入し、Clifford+$kT$ロバストネスと呼び、Clifford+$kT$状態を自由資源として扱う。 その結果,Clifford+$kT$状態を用いることで,サンプリングコストの低減を図ることができた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Recent advances in quantum hardware are bringing fault-tolerant quantum computing (FTQC) closer to reality. In the early stage of FTQC, however, the numbers of available logical qubits and high-fidelity $T$ gates remain limited, making it crucial to optimize the quantum resource usage. In this work, we aim to study the simulation cost of general quantum states under the constraint that only $k$ $T$ gates can be used, alongside an unlimited number of Clifford gates. Inspired by the notion of robustness of magic (RoM) which quantifies the cost of quantum-circuit simulation using stabilizer states ($k = 0$), we introduce its generalization, which we call Clifford+$kT$ robustness, treating Clifford+$kT$ states as free resources. We explore theoretical properties of Clifford$+kT$ robustness and in particular derive a lower bound that reveals the (in)efficiency of quantum-circuit simulation using Clifford$+kT$ states. Through numerical computations, we also evaluate Clifford+$kT$ robustness for key resource states for universal quantum computation, such as tensor products of the magic states. Our results allow to assess the sampling-cost reduction achieved by the use of Clifford+$kT$ states instead of stabilizer states, providing practical guidance for efficient resource usage in the early-FTQC era.
• Abstract（参考訳）: 量子ハードウェアの最近の進歩は、フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)を現実に近づけている。 しかし、FTQCの初期の段階では、利用可能な論理量子ビットと高忠実な$T$ゲートの数はまだ限られており、量子リソースの使用を最適化することが不可欠である。 本研究では,一般量子状態のシミュレーションコストを,有限数のクリフォードゲートとともに,$k$$T$ゲートしか使用できないという制約の下で検討することを目的とする。 安定状態(k = 0$)を用いて量子回路シミュレーションのコストを定量化する魔法(RoM)のロバスト性の概念に着想を得て、一般化を導入し、Clifford+$kT$ロバストネスと呼び、Clifford+$kT$状態を自由資源として扱う。 我々は、Clifford$+kT$のロバスト性の理論的性質を探求し、特に、Clifford$+kT$状態を用いた量子回路シミュレーション(in)効率を明らかにする下界を導出する。 数値計算により、マジック状態のテンソル積など、普遍量子計算における鍵資源状態に対するClifford+$kT$ロバスト性も評価する。 以上の結果から, 安定した状態ではなくClifford+$kT$状態を用いることで, サンプリングコストの削減を図り, 早期FTQC時代の効率的な資源利用の実践的ガイダンスを提供することができた。

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