論文の概要: Boundaries of Acceptable Defectiveness: Redefining Surface Code Robustness under Heterogeneous Noise

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.22001v1
• Date: Fri, 24 Oct 2025 20:09:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-28 17:41:21.930961
• Title: Boundaries of Acceptable Defectiveness: Redefining Surface Code Robustness under Heterogeneous Noise
• Title（参考訳）: 許容欠陥の境界:不均一雑音下での表面コードロバスト性を再定義する
• Authors: Jacob S. Palmer, Kaitlin N. Smith,
• Abstract要約: 超伝導量子ビットに関する過去の様々な研究は、これらのデバイスがかなりの変動を示すことを示している。 私たちの仕事は許容できる欠陥の境界を定義することを目的としています。 物理誤差率のように見えるような量子ビットの変動は、論理的量子ビット性能を著しく低下させる可能性がある。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9962959874305284
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: A variety of past research on superconducting qubits shows that these devices exhibit considerable variation and thus cannot be accurately depicted by a uniform noise model. To combat this often unrealistic picture of homogeneous noise in quantum processors during runtime, our work aims to define the boundaries of acceptable defectiveness (BADs), or the upper boundary of a qubits physical error, past which this defective qubit entirely degrades the logical computation and should be considered faulty and removed from the surface code mapping. Using the QEC simulation package STIM, repetition code circuits on rotated surface codes were generated, sampled, and analyzed from distances 3 to 17, with various defective error rates and outlier defect locations. In addition, we simulated heterogeneous noise models using the same parameters to test how increasingly deviated distributions of physical errors scale across code distances under realistic, heterogeneous noise models that are informed by current superconducting hardware. The results suggest that there are, in fact, boundaries of acceptable defectiveness in which a defective qubit, with a physical error rate $<= .75$\%, can be left in the lattice with negligible impact on logical error rate given sufficient code distances and proper placement in the lattice. On the other hand, we find that substantial qubit variation around a seemingly acceptable physical error rate can severely degrade logical qubit performance. As a result, we propose that defectiveness of both individual qubits and the overall uniformity of lattice fidelity should not be viewed as all or nothing, but instead as a spectrum. Our research demonstrates how heterogeneity directly impacts logical error rate and provides preliminary goals and metrics for hardware designers to meet in order to achieve target logical performance with imperfect, non-uniform qubit qualities.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子ビットに関する過去の様々な研究は、これらのデバイスがかなりの変動を示しており、従って均一なノイズモデルでは正確に描写できないことを示している。 実行中の量子プロセッサにおける同質ノイズのこの非現実的な画像に対処するために、我々の研究は、許容欠陥(BAD)の境界、または、この欠陥量子ビットが論理計算を完全に劣化させ、表面コードマッピングから誤りとみなすべき、量子ビット物理誤差の上界を定義することを目的としている。 QECシミュレーションパッケージSTIMを用いて、回転した曲面符号の繰り返し符号回路を生成、サンプリングし、様々な欠陥エラー率と異常点のある距離3から17まで解析した。 さらに、同じパラメータを用いて異種ノイズモデルをシミュレートし、現在の超伝導ハードウェアによって伝達される現実的、異種ノイズモデルの下で、物理誤差の分散がコード距離にわたってどのように拡大するかを検証した。 以上の結果から, 物理誤差率=<= .75$\%の欠陥量子ビットが, 十分な符号距離と適切な格子配置を与えられた論理誤差率に負の影響を受けずに格子に残せるような, 許容可能な欠陥性の境界が存在することが示唆された。 一方, 物理誤差率の相違により, 論理キュービットの性能が著しく低下することが判明した。 その結果、個々の量子ビットの欠陥性と格子忠実性の全体的な均一性は、すべてあるいは無としてではなく、スペクトルとして見なされるべきである。 本研究は,不均一性が論理的誤り率に直接影響を及ぼすことを示すとともに,不完全で一様でない量子ビット品質の論理的性能を達成するために,ハードウェア設計者が満たすべき事前目標と指標を提供する。

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