論文の概要: Decoder Switching: Breaking the Speed-Accuracy Tradeoff in Real-Time Quantum Error Correction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.25222v1
• Date: Wed, 29 Oct 2025 06:56:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-30 15:50:45.191964
• Title: Decoder Switching: Breaking the Speed-Accuracy Tradeoff in Real-Time Quantum Error Correction
• Title（参考訳）: デコーダスイッチング:リアルタイム量子エラー補正における速度精度トレードオフを破る
• Authors: Riki Toshio, Kaito Kishi, Jun Fujisaki, Hirotaka Oshima, Shintaro Sato, Keisuke Fujii,
• Abstract要約: デコーダの精度を改善する努力は、デコード時間とハードウェアの複雑さを許容できないほど増加させる。 本稿では,高速なソフトアウトプットデコーダと低速で高精度なデコーダを組み合わせることで,競合する要求のバランスをとる新しいデコーダ・フレームワークを提案する。 このフレームワークは、弱い復号器と同等の平均復号時間を保ちながら、強い復号器の精度に匹敵する、あるいは超えるような精度を達成できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.370310454459195
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The realization of fault-tolerant quantum computers hinges on the construction of high-speed, high-accuracy, real-time decoding systems. The persistent challenge lies in the fundamental trade-off between speed and accuracy: efforts to improve the decoder's accuracy often lead to unacceptable increases in decoding time and hardware complexity, while attempts to accelerate decoding result in a significant degradation in logical error rate. To overcome this challenge, we propose a novel framework, decoder switching, which balances these competing demands by combining a faster, soft-output decoder ("weak decoder") with a slower, high-accuracy decoder ("strong decoder"). In usual rounds, the weak decoder processes error syndromes and simultaneously evaluates its reliability via soft information. Only when encountering a decoding window with low reliability do we switch to the strong decoder to achieve more accurate decoding. Numerical simulations suggest that this framework can achieve accuracy comparable to, or even surpassing, that of the strong decoder, while maintaining an average decoding time on par with the weak decoder. We also develop an online decoding scheme tailored to our framework, named double window decoding, and elucidate the criteria for preventing an exponential slowdown of quantum computation. These findings break the long-standing speed-accuracy trade-off, paving the way for scalable real-time decoding devices.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピュータの実現は、高速で高精度でリアルタイムな復号システムの構築に繋がる。 デコーダの精度を改善する努力はデコード時間とハードウェアの複雑さを許容できないほど増加させ、デコードを加速しようとする試みは論理的エラー率を著しく低下させる。 この課題を克服するために、より高速でソフトアウトプットなデコーダ(弱デコーダ)と遅くて高精度なデコーダ(強デコーダ)を組み合わせることで、競合する要求のバランスをとる新しいデコーダ・スイッチング・フレームワークを提案する。 通常のラウンドでは、弱いデコーダはエラーシンドロームを処理し、ソフト情報を通じてその信頼性を同時に評価する。 信頼性の低いデコードウィンドウに遭遇した場合のみ、より正確なデコードを実現するために、強いデコーダに切り替える。 数値シミュレーションにより、このフレームワークは、弱い復号器と同等の平均復号時間を保ちながら、強い復号器の精度に匹敵する、あるいは超えるような精度を達成できることが示唆された。 また、我々のフレームワークに適したオンラインデコーディング方式であるダブルウインドウデコーディングを開発し、量子計算の指数的減速を防ぐための基準を解明する。 これらの発見は、長年のスピード精度のトレードオフを破り、スケーラブルなリアルタイムデコードデバイスへの道を開いた。

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