論文の概要: Lattice surgery with Bell measurements: Modular fault-tolerant quantum computation at low entanglement cost

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.13541v1
• Date: Wed, 15 Oct 2025 13:38:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-16 20:13:28.68198
• Title: Lattice surgery with Bell measurements: Modular fault-tolerant quantum computation at low entanglement cost
• Title（参考訳）: ベル測定による格子手術:低絡み合いコストでのモジュール型フォールトトレラント量子計算
• Authors: Trond Hjerpekjøn Haug, Timo Hillmann, Anton Frisk Kockum, Raphaël Van Laer,
• Abstract要約: 本稿では,非局所的な操作はすべてベル計測である表面符号上で格子手術を行うプロトコルを提案する。 我々は,異なるモジュール上の2つの論理キュービットを論理ベル状態に設定した際のプロトコルの性能を評価する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Modular architectures are a promising approach to scaling quantum computers to fault tolerance. Small, low-noise quantum processors connected through relatively noisy quantum links are capable of fault-tolerant operation as long as the noise can be confined to the interface. Finding protocols that implement the quantum links between modules as efficiently as possible is essential because inter-module entanglement is challenging to produce at a similar rate and fidelity as local entanglement. We introduce a protocol for lattice surgery on surface codes in which all non-local operations are Bell measurements. The protocol simultaneously confines the link noise and requires only half as many module-crossing gates as previously proposed protocols. To mitigate distance-reducing hook errors, we introduce a strategy of alternating the gate sequence between rounds of syndrome measurement, which prevents multiple hooks from simultaneously aligning with a logical operator in the code. We evaluate our protocol's performance when two logical qubits on separate modules are prepared in a logical Bell state. Circuit-level simulations under depolarizing noise show that the logical error suppression for a given entanglement rate between modules is consistently stronger compared to the best-performing alternative protocols for a wide range of link noise, with a typical 40% entanglement resource saving for a constant logical error rate. Our approach to protocol design is applicable to any quantum circuit that must be divided across processor modules and can therefore guide development of resource-efficient modular quantum computation beyond the surface code.
• Abstract（参考訳）: モジュールアーキテクチャは、量子コンピュータをフォールトトレランスにスケーリングするための有望なアプローチである。 比較的ノイズの多い量子リンクを介して接続された小型の低ノイズ量子プロセッサは、ノイズがインターフェイスに制限される限り、フォールトトレラントな動作が可能である。 モジュール間の量子リンクをできるだけ効率的に実装するプロトコルを見つけることは、モジュール間の絡み合いが局所絡み合いと同様の速度と忠実さで生成することが難しいため、不可欠である。 本稿では,非局所的な操作はすべてベル計測である表面符号上で格子手術を行うプロトコルを提案する。 このプロトコルはリンクノイズを同時に制限し、これまで提案されていたプロトコルの半分のモジュール交差ゲートしか必要としない。 距離低減フックの誤差を軽減するため,複数のフックがコード内の論理演算子と同時に一致することを防止するため,シンドローム計測のラウンド間のゲートシーケンスの交互化戦略を導入する。 我々は,異なるモジュール上の2つの論理キュービットを論理ベル状態に設定した際のプロトコルの性能を評価する。 分極ノイズ下での回路レベルのシミュレーションでは、与えられたモジュール間の絡み合い率に対する論理的エラー抑制は、幅広いリンクノイズに対する最も優れた代替プロトコルと比較して一貫して強く、典型的な40%の絡み合いリソースを一定の論理的誤り率で節約することを示した。 プロトコル設計への我々のアプローチは、プロセッサモジュール間で分割する必要がある任意の量子回路に適用でき、したがって、表面コードを超えたリソース効率の高いモジュラー量子計算の開発を導くことができる。

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