論文の概要: Enhancing Fault-Tolerant Surface Code Decoding with Iterative Lattice Reweighting

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.06756v1
• Date: Mon, 08 Sep 2025 14:45:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-09 14:07:04.195721
• Title: Enhancing Fault-Tolerant Surface Code Decoding with Iterative Lattice Reweighting
• Title（参考訳）: 繰り返し格子重み付けによるフォールトトレラントな表面コードデコーディングの強化
• Authors: Yi Tian, Yi-Cong Zheng, Xiaoting Wang, Ching-Yi Lai,
• Abstract要約: 本稿では,Iterative Reweighting Minimum-Weight Perfect Matching (IRMWPM)デコーダを提案する。 IRMWPMは論理誤差率を僅かな距離で20倍以上に下げることを示す。 また、精度の閾値を1%から1.16%に引き上げ、短期リアルタイムデコードに実用的である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.610033027576094
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Efficient and realistic error decoding is crucial for fault-tolerant quantum computation (FTQC) on near-term devices. While decoding is a classical post-processing task, its effectiveness depends on accurately modeling quantum noise, which is hardware-dependent. In particular, correlated bit-flip ($X$) and phase-flip ($Z$) errors often arise under circuit-level noise. We introduce the Iterative Reweighting Minimum-Weight Perfect Matching (IRMWPM) decoder, which systematically incorporates such correlations to enhance quantum error correction. Our method leverages fault-detection patterns to guide reweighting: correlated $X$ and $Z$ detection events are identified, and their conditional probabilities update weights on the primal and dual lattices. This iterative procedure improves handling of realistic error propagation in a hardware-agnostic yet noise-aware manner. We prove that IRMWPM converges in finite time while preserving the distance guarantee of MWPM. Numerical results under circuit-level noise show substantial improvements. For distances $\geq 17$ and physical error rates $\leq 0.001$, IRMWPM reduces logical error rates by over 20x with only a few iterations. It also raises the accuracy threshold from 1% to 1.16%, making it practical for near-term real-time decoding. Extrapolated estimates suggest that to reach logical error rate $10^{-16}$, IRMWPM requires distance $d=31$, while standard MWPM needs $d=50$, implying a major reduction in qubit overhead.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子計算(FTQC)には, 高速かつ現実的な誤り復号法が不可欠である。 復号化は古典的な後処理タスクであるが、その効果はハードウェアに依存した量子ノイズを正確にモデル化することに依存する。 特に、回路レベルのノイズの下では、相関ビットフリップ(X$)と位相フリップ(Z$)の誤差が発生する。 本稿では,この相関を体系的に組み込んで量子誤り訂正を行うIRMWPMデコーダを提案する。 相関した$X$と$Z$の検出イベントが同定され、条件付き確率が原始格子と双対格子の重みを更新する。 この反復的な手順は、ハードウェアに依存しないがノイズを意識した方法で、現実的なエラー伝搬の処理を改善する。 IRMWPM は MWPM の距離保証を保ちながら有限時間で収束することを示す。 回路レベルのノイズによる数値計算の結果は大幅に改善された。 距離$\geq 17$と物理エラーレート$\leq 0.001$の場合、IRMWPMは数回の反復で論理エラーレートを20倍以上削減する。 また、精度の閾値を1%から1.16%に引き上げ、短期リアルタイムデコードに実用的である。 推定外挿により、論理誤差率10^{-16}$に達するには、IRMWPMは距離$d=31$が必要であり、標準のMWPMは$d=50$が必要であり、量子ビットオーバーヘッドが大幅に減少することを示している。

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