論文の概要: Characterizing Space-Constrained Implementability of Quantum Instruments via Signaling Conditions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.08313v1
• Date: Thu, 09 Oct 2025 14:59:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-10 17:54:15.15066
• Title: Characterizing Space-Constrained Implementability of Quantum Instruments via Signaling Conditions
• Title（参考訳）: 信号処理による量子機器の空間制約実装性の評価
• Authors: Kosuke Matsui, Jun-Yi Wu, Hayata Yamasaki, Min-Hsiu Hsieh, Mio Murao,
• Abstract要約: 量子プロセッサで利用可能な量子ビットの数をスケールアップすることは、長期的にも技術的に要求される。 量子機器として知られる最も一般的な量子演算のクラスでは、量子ビット要求は十分に理解されていない。 最適なキュービット数は$[[9,1,3]$-codeベースのプロトコルで3、$[5,1,3]$-codeベースのプロトコルで4である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.496357543171703
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Scaling up the number of qubits available on quantum processors remains technically demanding even in the long term; it is therefore crucial to clarify the number of qubits required to implement a given quantum operation. For the most general class of quantum operations, known as quantum instruments, the qubit requirements are not well understood, especially when mid-circuit measurements and delayed input preparation are permitted. In this work, we characterize lower and upper bounds on the number of qubits required to implement a given quantum instrument in terms of the causal structure of the instrument. We further apply our results to entanglement distillation protocols based on stabilizer codes and show that, in these cases, the lower and upper bounds coincide, so the optimal qubit requirement is determined. In particular, we compute that the optimal number of qubits is 3 for the $[[9,1,3]]$-code-based protocol and 4 for the $[[5,1,3]]$-code-based protocol.
• Abstract（参考訳）: 量子プロセッサ上で利用可能な量子ビットの数は、長期的にも技術的に要求されているため、与えられた量子演算を実装するのに必要な量子ビットの数を明らかにすることが重要である。 量子機器として知られる最も一般的な量子演算のクラスでは、量子ビットの要求はよく理解されていない。 本研究では,所定の量子楽器の実装に必要な量子ビット数について,機器の因果構造の観点から,下界と上界を特徴づける。 さらに, 安定器符号に基づくエンタングルメント蒸留プロトコルに適用し, その場合, 下限と上限が一致し, 最適クビット条件が決定されることを示す。 特に,$[[9,1,3]]$-codeベースのプロトコルでは3,$[5,1,3]$-codeベースのプロトコルでは4である。

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