論文の概要: Louvre: Relaxing Hardware Requirements of Quantum LDPC Codes by Routing with Expanded Quantum Instruction Set

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.20858v1
• Date: Thu, 28 Aug 2025 14:53:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-29 18:12:02.459154
• Title: Louvre: Relaxing Hardware Requirements of Quantum LDPC Codes by Routing with Expanded Quantum Instruction Set
• Title（参考訳）: Louvre: 拡張量子命令セットによるルーティングによる量子LDPCコードのハードウェア要件の緩和
• Authors: Runshi Zhou, Fang Zhang, Hui-Hai Zhao, Feng Wu, Linghang Kong, Jianxin Chen,
• Abstract要約: 一般化自転車符号(GB符号)は、量子低密度パリティチェック符号の有望なファミリーを表す。 Louvreはルーティングベースのフレームワークで、GBコードのキュービット接続要求を減らすように設計されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 22.90648893582799
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Generalized bicycle codes (GB codes) represent a promising family of quantum low-density parity-check codes, characterized by high code rates and relatively local qubit connectivity. A subclass of the GB code called bivariate bicycle codes (BB codes) has garnered significant interest due to their compatibility with two-layer connectivity architectures on superconducting quantum processors. However, one key limitation of BB codes is their high qubit connectivity degree requirements (degree 6), which exacerbates the noise susceptibility of the system. Building on the recent progress in implementing multiple two-qubit gates on a single chip, this work introduces Louvre -- a routing-based framework designed to reduce qubit connectivity requirements in GB codes. Specifically, Louvre-7 achieves degree reduction while preserving the depth of the syndrome extraction circuit, whereas Louvre-8 further minimizes the connectivity by slightly increasing the circuit depth. When applied to BB codes, these two schemes could reduce the average degree to 4.5 and 4, respectively. Crucially, Louvre eliminates some of the long-range, error-prone connections, which is a distinct advantage over prior approaches. Numerical simulations demonstrate that Louvre-7 has an indistinguishable logical error rate as the standard syndrome extraction circuits of GB codes, while Louvre-8 only incurs a slight error rate penalty. Furthermore, by reordering some of the gates in the circuit, we can reduce the coupler length without degrading the performance. Though most of our analysis focuses on GB codes defined on periodic boundary conditions, we further discuss the adaptability of Louvre to open-boundary lattices and defect-containing grids, underscoring its broader applicability in practical quantum error correction architectures.
• Abstract（参考訳）: 一般化自転車符号(GB符号)は、高いコードレートと比較的局所的な量子ビット接続を特徴とする量子低密度パリティチェック符号の有望なファミリーを表す。 二変量自転車符号(BB符号)と呼ばれるGBコードのサブクラスは、超伝導量子プロセッサ上の2層接続アーキテクチャとの互換性から大きな関心を集めている。 しかし、BB符号の1つの重要な制限は、その高量子接続度要件(次数6)であり、それによってシステムのノイズ感受性が悪化する。 単一のチップ上で複数の2ビットゲートを実装する最近の進歩に基づいて、この研究は、GBコードのキュービット接続要求を減らすように設計されたルーティングベースのフレームワークであるLouvreを導入している。 具体的には、ルーブル7はシンドローム抽出回路の深さを保ちながら次数の減少を達成するが、ルーブル8は回路深さをわずかに増加させることで接続性をさらに小さくする。 BB符号に適用すると、これらの2つのスキームはそれぞれ4.5と4に減少する。 重要な点として、ルーヴルはいくつかの長距離でエラーを起こしやすい接続を排除している。 数値シミュレーションにより、Louvre-7はGB符号の標準シンドローム抽出回路として区別不可能な論理誤差率を持ち、Louvre-8はわずかな誤り率のペナルティしか生じないことが示された。 さらに、回路内のゲートの一部を並べ替えることで、性能を劣化させることなくカプラの長さを小さくすることができる。 解析の大部分は周期的境界条件に基づいて定義されたGB符号に焦点をあてるが、Louvreの開放境界格子や欠陥を含む格子への適応性をさらに議論し、実際の量子誤り訂正アーキテクチャにおいてその広範な適用性を示す。

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