論文の概要: Addressable fault-tolerant universal quantum gate operations for high-rate lift-connected surface codes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.10191v1
- Date: Fri, 14 Nov 2025 01:37:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-14 22:53:22.737847
- Title: Addressable fault-tolerant universal quantum gate operations for high-rate lift-connected surface codes
- Title（参考訳）: 高速リフト接続面符号に対する耐故障性普遍量子ゲート演算
- Authors: Josias Old, Juval Bechar, Markus Müller, Sascha Heußen,
- Abstract要約: 量子低密度パリティチェック(qLDPC)符号は、量子ビットオーバーヘッドの低い誤り訂正量子メモリを実現する主要な候補の一つである。
本稿では,最近導入されたリフト接続面(LCS)符号上でのクリフォード量子ゲート演算の実装について述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8919684307774216
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Quantum low-density parity check (qLDPC) codes are among the leading candidates to realize error-corrected quantum memories with low qubit overhead. Potentially high encoding rates and large distance relative to their block size make them appealing for practical suppression of noise in near-term quantum computers. In addition to increased qubit-connectivity requirements compared to more conventional topological quantum error correcting codes, qLDPC codes remain notoriously hard to compute with. In this work, we introduce a construction to implement all Clifford quantum gate operations on the recently introduced lift-connected surface (LCS) codes (Old et al. 2024). These codes can be implemented in a 3D-local architecture and achieve asymptotic scaling $[[n, \mathcal{O}(n^{1/3}), \mathcal{O}(n^{1/3})]]$. In particular, LCS codes realize favorable instances with small numbers of qubits: For the $[[15,3,3]]$ LCS code, we provide deterministic fault-tolerant (FT) circuits of the logical gate set $\{\overline{H}_i, \overline{H}_i, \overline{C_i X_j}\}_{i,j \in (0,1,2)}$ based on flag qubits. By adding a procedure for FT magic state preparation, we show quantitatively how to realize an FT universal gate set in $d=3$ LCS codes. Numerical simulations indicate that our gate constructions can attain pseudothresholds in the range $p_{\mathrm{th}} \approx 4.8\cdot 10^{-3}-1.2\cdot 10^{-2}$ for circuit-level noise. The schemes use a moderate number of qubits and are therefore feasible for near-term experiments, facilitating progress for fault-tolerant error corrected logic in high-rate qLPDC codes.
- Abstract（参考訳）: 量子低密度パリティチェック(qLDPC)符号は、量子ビットオーバーヘッドの低い誤り訂正量子メモリを実現する主要な候補の一つである。
潜在的に高い符号化レートとブロックサイズに対する大きな距離は、短期量子コンピュータにおけるノイズの実用的な抑制を訴える。
従来のトポロジカルな量子誤り訂正符号と比較して、量子ビット接続性の要求が増大したことに加えて、qLDPC符号は計算が難しいことが知られている。
本稿では,最近導入されたリフト接続面 (LCS) 符号 (Old et al 2024) 上でのクリフォード量子ゲート演算の実装について述べる。
これらのコードは3Dローカルアーキテクチャで実装することができ、漸近スケーリング$[[n, \mathcal{O}(n^{1/3}), \mathcal{O}(n^{1/3})]$を達成することができる。
特に、LCS符号は、小数のキュービットを持つ好ましいインスタンスを実現する:$[[15,3,3]]$ LCS符号では、論理ゲート集合 $\{\overline{H}_i, \overline{H}_i, \overline{C_i X_j}\}_{i,j \in (0,1,2)}$ の決定論的フォールトトレラント(FT)回路を提供する。
FTマジック状態作成のための手順を追加することで、$d=3$ LCS符号で設定されたFTユニバーサルゲートを定量的に実現する方法を示す。
数値シミュレーションにより, 回路レベルのノイズに対して, p_{\mathrm{th}} \approx 4.8\cdot 10^{-3}-1.2\cdot 10^{-2}$の範囲で擬似閾値が得られることを示す。
これらのスキームは、適度な数の量子ビットを使用するため、短期的な実験が可能であり、高速なqLPDC符号におけるフォールトトレラントな誤り訂正論理の進行を促進する。
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