論文の概要: Fermion-to-Fermion Low-Density Parity-Check Codes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.15323v2
• Date: Mon, 25 Aug 2025 14:57:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-26 14:31:50.8653
• Title: Fermion-to-Fermion Low-Density Parity-Check Codes
• Title（参考訳）: フェルミオンからフェルミオンへの低密度パリティチェック符号
• Authors: Chong-Yuan Xu, Ze-Chuan Liu, Yong Xu,
• Abstract要約: フェミオン対フェルミオンの低密度パリティチェック(LDPC)符号を用いたフォールトトレラントフェルミオン量子計算のプロトコルを提案する。 本稿では,フェルミオン符号の符号化速度が量子ビット符号の符号化速度とよく一致し,論理誤差率も物理誤差率よりもかなり低いことを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.268855474673822
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Simulating fermionic systems on qubit-based quantum computers often demands significant computational resources due to the requirement to map fermions to qubits. Thus, designing a fault-tolerant quantum computer that operates directly with fermions offers an effective solution to this challenge. Here, we introduce a protocol for fault-tolerant fermionic quantum computation utilizing fermion-to-fermion low-density parity-check (LDPC) codes. Our method employs a fermionic LDPC memory, which transfers its state to fermionic color code processors, where logical operations are subsequently performed. We propose using odd-weight logical Majorana operators to form the code space, serving as memory for the fermionic LDPC code, and provide an algorithm to identify these logical operators. We present examples showing that the coding rate of fermionic codes often matches that of qubit codes, while the logical error rate can be significantly lower than the physical error rate. Furthermore, we propose two methods for performing fermionic lattice surgery to facilitate state transfer. Finally, we simulate the dynamics of a fermionic system using our protocol, illustrating effective error suppression.
• Abstract（参考訳）: 量子ビットベースの量子コンピュータ上でフェルミオン系をシミュレートするには、フェルミオンを量子ビットにマッピングする必要があるため、重要な計算資源を必要とすることが多い。 したがって、フェルミオンと直接動作するフォールトトレラントな量子コンピュータを設計することは、この問題に対する効果的な解決策となる。 本稿では、フェミオン対フェルミオンの低密度パリティチェック(LDPC)符号を用いたフォールトトレラントフェルミオン量子計算のプロトコルを提案する。 本手法では、フェミオンLDPCメモリを用いて、その状態をフェミオンカラーコードプロセッサに転送し、その後論理演算を行う。 我々は、奇数重項論理Majorana演算子を用いてコード空間を形成し、フェルミオンLDPC符号のメモリとして機能し、それらの論理演算子を識別するアルゴリズムを提案する。 本稿では,フェルミオン符号の符号化速度が量子ビット符号の符号化速度とよく一致し,論理誤差率も物理誤差率よりもかなり低いことを示す。 さらに,フェルミオン格子手術による状態伝達を容易にする2つの方法を提案する。 最後に,本プロトコルを用いてフェミオン系の力学をシミュレートし,実効的なエラー抑制を図示する。

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