論文の概要: Efficient Preparation of Decoherence Free Subspace Basis States

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.11544v1
• Date: Mon, 15 Sep 2025 03:27:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-16 17:26:23.136137
• Title: Efficient Preparation of Decoherence Free Subspace Basis States
• Title（参考訳）: 脱コヒーレンスフリーサブスペース基底状態の効率的な調製
• Authors: Zi-Ming Li, Yu-xi Liu,
• Abstract要約: Decoherence-free subspace (DFS) は、量子計算における受動的エラー軽減の重要なメカニズムを提供する。 DFSはヒルベルト空間の対称性で保護された部分空間内の情報を符号化する。 我々は、キュービットからなる任意の大きさのシステムに対して、純粋で直交的で完全なDSF基底状態を作成するための決定論的アプローチを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.687716562071607
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Decoherence-free subspace (DFS) provides a crucial mechanism for passive error mitigation in quantum computation by encoding information within symmetry-protected subspaces of the Hilbert space, which are immune from collective decoherence. Constructing a complete set of orthogonal basis states for the DFS is essential to realize fault-tolerant quantum computation by using the DFS codes. However, existing methods for preparing these basis states are often non-scalable, platform-specific, or yield mixed states. Here, we propose a deterministic approach to prepare pure, orthogonal and complete DFS basis states for systems of arbitrary size composed of qubits. Our method employs projective measurements and quantum circuits with single-qubit, two-qubit and Toffoli gates. We provide a rigorous resource cost analysis both mathematically and numerically. Meanwhile, we demonstrate the realizability of our method on NISQ devices by discussing how to implement our method on a superconducting chip. The proposed method offers a universal solution for preparing the DFS basis states across diverse quantum computing platforms and system sizes, which is realizable in the NISQ era.
• Abstract（参考訳）: デコヒーレンス自由部分空間(DFS)は、集団デコヒーレンスから免疫を持つヒルベルト空間の対称性で保護された部分空間内の情報を符号化することで、量子計算における受動的エラー軽減の重要なメカニズムを提供する。 DFSの完全直交基底状態を構成することは、DFS符号を用いてフォールトトレラント量子計算を実現するのに不可欠である。 しかしながら、これらの基底状態を作成する既存の方法は、しばしば非スケーリング可能、プラットフォーム固有の、または混合状態を生成する。 ここでは、キュービットからなる任意の大きさのシステムに対して、純粋で直交的で完全なDFS基底状態を作成するための決定論的アプローチを提案する。 提案手法では,1量子ビット,2量子ビット,トフォリゲートを用いた投影計測と量子回路を用いる。 数理的にも数値的にも厳格な資源コスト分析を行う。 一方, NISQデバイス上での本手法の実現可能性について, 超伝導チップ上での実装方法について論じる。 提案手法は, NISQ 時代において実現可能な多種多様な量子コンピューティングプラットフォームとシステムサイズにまたがる DFS 基底状態を作成するための普遍的な解を提供する。

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