論文の概要: Pre-Distillation of Magic States via Composite Schemes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.00804v1
• Date: Wed, 01 Oct 2025 12:06:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-03 16:59:20.542235
• Title: Pre-Distillation of Magic States via Composite Schemes
• Title（参考訳）: 合成スキームによるマジックステートの予蒸留
• Authors: Muhammad Erew, Moshe Goldstein, Yaron Oz, Haim Suchowski,
• Abstract要約: 本稿では,魔法状態の生成における系統的なエラーを抑制する複合パルスシーケンスに基づく,前処理のための一般的なフレームワークを提案する。 いずれのプラットフォームにおいても,高忠実度$mathcalT$ゲートがノイズを低減し,蒸留量の最大3倍まで減少する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2949520455740091
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Magic state distillation (MSD) is a cornerstone of fault-tolerant quantum computing, enabling non-Clifford gates via state injection into stabilizer circuits. However, the substantial overhead of current MSD protocols remains a major obstacle to scalable implementations. We propose a general framework for pre-distillation, based on composite pulse sequences that suppress systematic errors in the generation of magic states. Unlike typical composite designs that target simple gates such as $X$, $Z$, or Hadamard, our schemes directly implement the non-Clifford $\mathcal{T}$ gate with enhanced robustness. We develop composite sequences tailored to the dominant control imperfections in superconducting, trapped-ion, neutral-atom, and integrated photonic platforms. To quantify improvement in the implementation, we introduce an operationally motivated fidelity measure specifically tailored to the $\mathcal{T}$ gate: the T-magic error, which captures the gate's effectiveness in preparing high-fidelity magic states. We further show that the error in the channel arising from the injection of faulty magic states scales linearly with the leading-order error of the states. Across all platforms, our approach yields high-fidelity $\mathcal{T}$ gates with reduced noise, lowering the number of distillation levels by up to three. This translates to exponential savings in qubit overhead and offers a practical path toward more resource-efficient universal quantum computation.
• Abstract（参考訳）: マジックステート蒸留(MSD)はフォールトトレラント量子コンピューティングの基盤であり、安定化回路への状態注入による非クリフォードゲートを可能にする。 しかし、現在のMSDプロトコルのかなりのオーバーヘッドは、スケーラブルな実装にとって大きな障害である。 本稿では,魔法状態の生成における系統的なエラーを抑制する複合パルスシーケンスに基づく,前処理のための一般的なフレームワークを提案する。 X$、$Z$、Hadamardのような単純なゲートをターゲットにした一般的な複合設計とは異なり、我々のスキームは強化されたロバスト性を持つ非クリフォード$\mathcal{T}$ゲートを直接実装する。 超伝導, トラップイオン, 中性原子, 集積フォトニックプラットフォームにおいて, 支配的制御不完全性に対応する複合配列を開発した。 実装の改善を定量化するために,高忠実度マジック状態の生成におけるゲートの有効性を捉えるT-magic errorという,$\mathcal{T}$ Gateに比例した操作動機のある忠実度尺度を導入する。 さらに、故障したマジック状態の注入によるチャネル内の誤差は、その状態の序列誤差と線形にスケールすることを示す。 全プラットフォームにわたって,高忠実度$\mathcal{T}$ゲートに雑音を低減し,蒸留レベルを最大3まで下げる。 これは量子ビットオーバーヘッドの指数的な節約を意味し、より資源効率のよい普遍量子計算への実践的な道のりを提供する。

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