論文の概要: Quantum Reverse Mapping: Synthesizing an Optimal Spin Qubit Shuttling Bus Architecture for the Surface Code

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.17689v1
• Date: Mon, 20 Oct 2025 16:05:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 00:56:39.515688
• Title: Quantum Reverse Mapping: Synthesizing an Optimal Spin Qubit Shuttling Bus Architecture for the Surface Code
• Title（参考訳）: 量子リバースマッピング:表面コードのための最適スピン量子シャットリングバスアーキテクチャの合成
• Authors: Pau Escofet, Eduard Alarcón, Sergi Abadal, Andrii Semenov, Niall Murphy, Elena Blokhina, Carmen G. Almudéver,
• Abstract要約: 高品質なエンコーディングにより、将来のコンパイルテクニックは最適あるいはほぼ最適のレイアウトで構築できる。 回転曲面符号の1次元シャットリングバスアーキテクチャを合成し、コヒーレントスピン量子ビットシャットリングを利用する。 提案手法は,コード距離21で1ラウンドあたり2cdot 10-10$の論理誤差率を維持可能であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.62107954358883
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: As quantum computers scale toward millions of physical qubits, it becomes essential to robustly encode individual logical qubits to ensure fault tolerance under realistic noise. A high-quality foundational encoding allows future compilation techniques and heuristics to build on optimal or near-optimal layouts, improving scalability and error resilience. In this work, we synthesize a one-dimensional shuttling bus architecture for the rotated surface code, leveraging coherent spin-qubit shuttling. We formulate a mixed-integer optimization model that yields optimal solutions with relatively low execution time for small code distances, and propose a scalable heuristic that matches optimal results while maintaining linear computational complexity. We evaluate the synthesized architecture using architectural metrics, such as shuttling distance and cycle time, and full quantum simulations under realistic noise models, showing that the proposed design can sustain logical error rates as low as $2\cdot 10^{-10}$ per round at code distance 21, showcasing its feasibility for scalable quantum error correction in spin-based quantum processors.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータが数百万の物理量子ビットにスケールするにつれて、現実的な雑音下でのフォールトトレランスを確保するために、個々の論理量子ビットを強固に符号化することが不可欠となる。 高品質な基礎符号化により、将来のコンパイルテクニックとヒューリスティックは最適あるいはほぼ最適のレイアウトの上に構築でき、スケーラビリティとエラーの回復性が向上する。 本研究では、コヒーレントスピン量子ビットシャットリングを利用して、回転曲面符号の1次元シャットリングバスアーキテクチャを合成する。 小コード距離に対して比較的少ない実行時間で最適解が得られる混合整数最適化モデルを定式化し、線形計算複雑性を維持しながら最適な結果に一致するスケーラブルなヒューリスティックを提案する。 提案手法は,符号距離21で1ラウンド当たり2ドル(約2300円)の論理的誤り率を維持可能であることを示すとともに,スピンベース量子プロセッサにおける量子的誤り訂正の可能性を示した。

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