論文の概要: Dense packing of the surface code: code deformation procedures and hook-error-avoiding gate scheduling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.06758v1
• Date: Mon, 10 Nov 2025 06:36:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-11 21:18:45.11475
• Title: Dense packing of the surface code: code deformation procedures and hook-error-avoiding gate scheduling
• Title（参考訳）: 表面符号のDense Packing:コード変形手順とフックエラー回避ゲートスケジューリング
• Authors: Kohei Fujiu, Shota Nagayama, Shin Nishio, Hideaki Kawaguchi, Takahiko Satoh,
• Abstract要約: 表面符号は量子コンピューティングにおける主要な誤り訂正符号の1つである。 本稿では,複数の標準表面コードパッチを高密度に充填された接続された構成に変換する,詳細なコード変形手順を提案する。 また,高密度に充填された表面コードにおけるフックエラーを抑制する安定化器計測回路のためのCNOTゲートスケジューリングを提案する。
• 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: The surface code is one of the leading quantum error correction codes for realizing large-scale fault-tolerant quantum computing (FTQC). One major challenge in realizing surface-code-based FTQC is the extremely large number of qubits required. To mitigate this problem, fusing multiple codewords of the surface code into a densely packed configuration has been proposed. It is known that by using dense packing, the number of physical qubits required per logical qubit can be reduced to approximately three-fourths compared to simply placing surface-code patches side by side. Despite its potential, concrete deformation procedures and quantitative error-rate analyses have remained largely unexplored. In this work, we present a detailed code-deformation procedure that transforms multiple standard surface code patches into a densely packed, connected configuration, along with a conceptual microarchitecture to utilize this dense packing. We also propose a CNOT gate-scheduling for stabilizer measurement circuits that suppresses hook errors in the densely packed surface code. We performed circuit-level Monte Carlo noise simulation of densely packed surface codes using this gate scheduling. The numerical results demonstrate that as the code distance of the densely packed surface code increases and the physical error rate decreases, the logical error rate of the densely packed surface code becomes lower than that of the standard surface code. Furthermore, we find that only when employing hook-error-avoiding syndrome extraction can the densely packed surface code achieve a lower logical error rate than the standard surface code, while simultaneously reducing the space overhead.
• Abstract（参考訳）: 表面符号は、大規模フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)を実現するための主要な量子誤り訂正符号の1つである。 表面符号に基づくFTQCを実現する上での大きな課題は、非常に多くの量子ビットを必要とすることである。 この問題を軽減するため、表面コードの複数のコードワードを高密度に充填した構成に融合する手法が提案されている。 高密度パッキングを用いることで、表面コードパッチを並べて配置するよりも、論理量子ビット当たりの物理量子ビット数が約4分の1に削減できることが知られている。 その可能性にもかかわらず、具体的な変形手順と量的誤り率の分析はほとんど未解明のままである。 本研究では,複数の標準表面コードパッチを高密度に充填された接続された構成に変換し,この高密度パッキングを利用するための概念的マイクロアーキテクチャを提案する。 また,高密度に充填された表面コードにおけるフックエラーを抑制する安定化器計測回路のためのCNOTゲートスケジューリングを提案する。 このゲートスケジューリングを用いて高密度充填表面符号の回路レベルモンテカルロノイズシミュレーションを行った。 その結果, 密充填面符号の符号距離が増加し, 物理誤差率が減少すると, 密充填面符号の論理誤差率は標準表面符号よりも小さくなることがわかった。 さらに,Hook-error-avoiding syndrome を用いた場合のみ,高密度に充填された表面符号が標準表面符号よりも低い論理誤差率を達成でき,同時に空間オーバーヘッドを低減できることがわかった。

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