論文の概要: Efficient magic state cultivation with lattice surgery

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.24615v1
• Date: Tue, 28 Oct 2025 16:44:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-29 15:35:37.281338
• Title: Efficient magic state cultivation with lattice surgery
• Title（参考訳）: 格子手術による効率的なマジックステート培養
• Authors: Yutaka Hirano, Riki Toshio, Tomohiro Itogawa, Keisuke Fujii,
• Abstract要約: マジック状態蒸留は、フォールトトレラント量子計算において重要な役割を果たす。 伝統的な論理レベルの蒸留は、物理ゲートによる直接的な実装を可能にすることによって、大幅なオーバーヘッド削減を提供する。 マジックステート栽培は、正方形グリッド接続と互換性のある最先端の物理レベルの蒸留プロトコルである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.6945797019995363
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Magic state distillation plays a crucial role in fault-tolerant quantum computation and represents a major bottleneck. In contrast to traditional logical-level distillation, physical-level distillation offers significant overhead reduction by enabling direct implementation with physical gates. Magic state cultivation is a state-of-the-art physical-level distillation protocol that is compatible with the square-grid connectivity and yields high-fidelity magic states. However, it relies on the complex grafted code, which incurs substantial spacetime overhead and complicates practical implementation. In this work, we propose an efficient cultivation-based protocol compatible with the square-grid connectivity. We reduce the spatial overhead by avoiding the grafted code and further reduce the average spacetime overhead by utilizing code expansion and enabling early rejection. Numerical simulations show that, with a color code distance of 3 and a physical error probability of $10^{-3}$, our protocol achieves a logical error probability for the resulting magic state comparable to that of magic state cultivation ($\approx 3 \times 10^{-6}$), while requiring about half the spacetime overhead. Our work provides an efficient and simple distillation protocol suitable for megaquop use cases and early fault-tolerant devices.
• Abstract（参考訳）: マジックステート蒸留はフォールトトレラント量子計算において重要な役割を担い、大きなボトルネックとなっている。 伝統的な論理レベルの蒸留とは対照的に、物理レベルの蒸留は物理ゲートによる直接的な実装を可能にすることにより、大幅なオーバーヘッド削減をもたらす。 マジックステート栽培は最先端の物理レベルの蒸留プロトコルであり、正方形グリッド接続と互換性があり、高忠実なマジック状態を生成する。 しかし、それは複雑なグラフトされたコードに依存しており、それは時空のオーバーヘッドをかなり発生させ、実践的な実装を複雑にしている。 本研究では,2乗グリッド接続に適合する効率的な栽培ベースのプロトコルを提案する。 我々は,移植コードの回避による空間的オーバーヘッドの低減と,コード拡張と早期拒絶を可能にすることで平均時空オーバーヘッドの低減を図る。 数値シミュレーションにより,カラーコード距離が3で物理誤差確率が10^{-3}$である場合,このプロトコルは,マジック状態の栽培に匹敵するマジック状態の論理誤差確率(「アパッチ3 \times 10^{-6}$」)を,時空オーバーヘッドの約半分を要求しながら達成することを示した。 我々の研究は、メガクオップのユースケースや早期耐故障装置に適した、効率的でシンプルな蒸留プロトコルを提供する。

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