論文の概要: Low-Overhead and High-Fidelity Preparation of Logical Non-Clifford States with Multi-Level Transversal Injection

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.23642v1
• Date: Sun, 28 Sep 2025 04:52:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-30 22:32:19.346783
• Title: Low-Overhead and High-Fidelity Preparation of Logical Non-Clifford States with Multi-Level Transversal Injection
• Title（参考訳）: マルチレベルトランスバーサルインジェクションによる論理的非クリフォード状態の低オーバーヘッド・高忠実化
• Authors: Jiaxuan Zhang, Tian-Hao Wei, Xi-Ning Zhuang, Zhao-Yun Chen, Wei-Cheng Kong, Yu-Chun Wu, Guo-Ping Guo,
• Abstract要約: 状態蒸留またはゲート合成は通常、耐故障性回転ゲートを実装するために使用される。 任意のクリフォード階層レベルで回転状態を作成するためのMLTI(Multi-level Injection)法を提案する。 MLTIは従来の手法に比べてオーバーヘッドを著しく低減しつつ高い忠実度を達成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.284663028821828
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Rotation gates are widely used in various quantum algorithms. To implement fault-tolerant rotation gates, state distillation or gate synthesis is typically employed. However, the overhead of these schemes scales rapidly with increasing Clifford hierarchy levels and required fidelity, limiting their use in large-scale quantum algorithms. In this letter, we propose a method termed multi-level transversal injection (MLTI) for preparing rotation states at arbitrary Clifford hierarchy levels, which achieves high fidelity while significantly reducing overhead compared to previous methods. Unlike the linear cost scaling of state distillation, the overhead of MLTI drops with Clifford hierarchy levels and then plateaus at higher levels, slashing the required space-time volume by up to several orders of magnitude. Additionally, we introduce a method for eliminating the off-diagonal terms of rotation states without extra overhead, unifying the metrics of infidelity and trace distance. These results render the overhead for high-precision rotation gates no longer prohibitive, and thus bring the broad adoption of large-scale quantum algorithms a critical step closer to reality.
• Abstract（参考訳）: 回転ゲートは様々な量子アルゴリズムで広く使われている。 耐故障性回転ゲートを実装するために、状態蒸留またはゲート合成が一般的に用いられる。 しかし、これらのスキームのオーバーヘッドは、クリフォード階層レベルの増加と、大規模量子アルゴリズムにおけるそれらの使用を制限する必要のある忠実さによって急速にスケールする。 本稿では,任意のクリフォード階層レベルで回転状態を作成するためのMLTI(Multi-level transversal Injection)法を提案する。 状態蒸留の線形コストスケーリングとは違って、MLTIのオーバーヘッドはクリフォード階層レベルで減少し、さらに高水準でプレート化され、必要な時空体積は最大で数桁削減される。 さらに、余分なオーバーヘッドを伴わずに回転状態の非対角的な項を排除し、不忠実さとトレース距離の指標を統一する手法を提案する。 これらの結果から、高速回転ゲートのオーバーヘッドはもはや禁じられなくなり、大規模量子アルゴリズムの広範な採用が現実に近づいている。

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