論文の概要: Colour Codes Reach Surface Code Performance using Vibe Decoding

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.15743v1
• Date: Thu, 21 Aug 2025 17:38:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-22 16:26:46.42625
• Title: Colour Codes Reach Surface Code Performance using Vibe Decoding
• Title（参考訳）: 可視復号化による表面コード性能向上のためのカラーコード
• Authors: Stergios Koutsioumpas, Tamas Noszko, Hasan Sayginel, Mark Webster, Joschka Roffe,
• Abstract要約: 2次元の量子色符号は、量子誤り訂正に重要な可能性を秘めている。 理論上の魅力にもかかわらず、これらのコードの実践的な展開は課題に直面している。 本稿では、表面コードと同等のカラーコード性能を初めてもたらすビブデコーディングについて紹介する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5242869847419834
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Two-dimensional quantum colour codes hold significant promise for quantum error correction, offering advantages such as planar connectivity and low overhead logical gates. Despite their theoretical appeal, the practical deployment of these codes faces challenges due to complex decoding requirements compared to surface codes. This paper introduces vibe decoding which, for the first time, brings colour code performance on par with the surface code under practical decoding. Our approach leverages an ensemble of belief propagation decoders - each executing a distinct serial message passing schedule - combined with localised statistics post-processing. We refer to this combined protocol as VibeLSD. The VibeLSD decoder is highly versatile: our numerical results show it outperforms all practical existing colour code decoders across various syndrome extraction schemes, noise models, and error rates. By estimating qubit footprints through quantum memory simulations, we show that colour codes can operate with overhead that is comparable to, and in some cases lower than, that of the surface code. This, combined with the fact that localised statistics decoding is a parallel algorithm, makes VibeLSD suitable for implementation on specialised hardware for real-time decoding. Our results establish the colour code as a practical architecture for near-term quantum hardware, providing improved compilation efficiency for both Clifford and non-Clifford gates without incurring additional qubit overhead relative to the surface code.
• Abstract（参考訳）: 2次元の量子カラー符号は、平面接続や低オーバーヘッド論理ゲートなどの利点を提供する量子誤り訂正に重要な可能性を秘めている。 理論上の魅力にもかかわらず、これらのコードの実践的な展開は、表面コードと比較して複雑な復号化要求のために困難に直面している。 本稿では,バイブ復号法を初めて導入し,実際の復号化において表面コードと同等のカラーコード性能を実現した。 当社のアプローチでは,個別のシリアルメッセージパッシングスケジュールを実行する,信念伝達デコーダのアンサンブルと,局所化された統計処理を組み合わせる。 この組み合わせプロトコルをVibeLSDと呼ぶ。 VibeLSDデコーダは非常に汎用性が高く、数値計算の結果、様々なシンドローム抽出方式、ノイズモデル、エラー率において、実用的なカラーコードデコーダよりも優れていた。 量子メモリシミュレーションを用いて量子ビットフットプリントを推定することにより、カラーコードは、表面コードと同等で、場合によってはそれよりも低いオーバーヘッドで動作可能であることを示す。 これは、ローカライズされた統計復号化が並列アルゴリズムであるという事実と相まって、VibeLSDはリアルタイム復号化のための専用ハードウェアの実装に適している。 この結果から,カラーコードは短期量子ハードウェアの実用的アーキテクチャとして確立され,クリーフォードゲートと非クリフォードゲートの両方のコンパイル効率が向上した。

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