論文の概要: Batched high-rate logical operations for quantum LDPC codes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.06159v1
- Date: Tue, 07 Oct 2025 17:26:10 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-08 17:57:08.384157
- Title: Batched high-rate logical operations for quantum LDPC codes
- Title（参考訳）: 量子LDPC符号に対するバッチ高速論理演算
- Authors: Qian Xu, Hengyun Zhou, Dolev Bluvstein, Madelyn Cain, Marcin Kalinowski, John Preskill, Mikhail D. Lukin, Nishad Maskara,
- Abstract要約: 高速量子LDPC符号は、多くの論理量子ビットを物理量子ビットの1ブロックに密に詰め込むことで、メモリオーバーヘッドを低減する。
我々はこの概念を高速な計算に拡張し、多数のコードブロックに同じ論理ゲートを並列に適用する、Emphbatched Fault-tolerant演算を構築した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.722479714583866
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: High-rate quantum LDPC (qLDPC) codes reduce memory overhead by densely packing many logical qubits into a single block of physical qubits. Here we extend this concept to high-rate computation by constructing \emph{batched} fault-tolerant operations that apply the same logical gate across many code blocks in parallel. By leveraging shared physical resources to execute many logical operations in parallel, these operations realize high rates in space-time and significantly reduce computational costs. For \emph{arbitrary} CSS qLDPC codes, we build batched gadgets with \emph{constant space-time overhead} (assuming fast classical computation) for (i) single-shot error correction, state preparation, and code surgeries (ii) code switching, and (iii) addressable Clifford gates. Using these batched gadgets we also construct parallel non-Clifford gates with low space-time cost. We outline principles for designing parallel quantum algorithms optimized for a batched architecture, and show in particular how lattice Hamiltonian dynamical simulations can be compiled efficiently. We also propose a near-term implementation using new self-dual Bivariate-Bicycle codes with high encoding rates ($\sim 1/10$), transversal Clifford gates, and global $T$ gates via parallel magic state cultivation, enabling Hamiltonian simulations with a lower space-time cost than analogous surface-code protocols and low-rate qLDPC protocols. These results open new paths toward scalable quantum computation via co-design of parallel quantum algorithms and high-rate fault-tolerant protocols.
- Abstract（参考訳）: 高速量子LDPC (qLDPC) 符号は、多くの論理量子ビットを物理量子ビットの1ブロックに密に詰め込むことで、メモリオーバーヘッドを低減する。
ここでは、この概念を高速な計算に拡張し、多数のコードブロックに同じ論理ゲートを並列に適用する、‘emph{batched} フォールトトレラントな演算を構築する。
共有物理資源を活用して多くの論理演算を並列に実行することにより、これらの演算は時空の高速化を実現し、計算コストを大幅に削減する。
\emph{arbitrary} CSS qLDPC コードに対して、高速な古典計算を仮定して) \emph{constant space-time overhead} でバッチ化されたガジェットを構築する。
一 単発誤り訂正、状態準備及びコード手術
(ii)コード切替、及び
(三) クリフォード門
これらのバッチガジェットを使用することで、スペース時間コストの低い並列非クリフォードゲートを構築することもできる。
バッチアーキテクチャに最適化された並列量子アルゴリズムの設計原理を概説し、特に格子ハミルトン力学シミュレーションを効率的にコンパイルする方法を示す。
また,高符号化率(\sim 1/10$),超逆クリフォードゲート,グローバル$T$ゲートを並列マジック状態培養により実現し,類似のサーフェスコードプロトコルや低レートqLDPCプロトコルよりも時空間コストの低いハミルトンシミュレーションを実現する。
これらの結果は、並列量子アルゴリズムと高速フォールトトレラントプロトコルの共設計により、スケーラブルな量子計算への新たな道を開く。
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