論文の概要: Entanglement boosting: Low-volume logical Bell pair preparation for distributed fault-tolerant quantum computation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.10729v1
• Date: Thu, 13 Nov 2025 19:00:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-17 22:42:18.305393
• Title: Entanglement boosting: Low-volume logical Bell pair preparation for distributed fault-tolerant quantum computation
• Title（参考訳）: 絡み合い促進:分散フォールトトレラント量子計算のための低体積論理ベル対の準備
• Authors: Shinichi Sunami, Yutaka Hirano, Toshihide Hinokuma, Hayata Yamasaki,
• Abstract要約: 本稿では,論理ベル対,リンク制限ボリューム(LLV)の実用的コストを特徴付ける指標を提案する。 回転曲面符号に符号化された論理ベル対を, LLVを桁違いに低減した効率よく作成できるエンタングルメント促進プロトコルを提案する。 また、高速量子誤り訂正符号を用いた絡み込み蒸留のパイプライン化を行い、論理的誤り率を任意に低減する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8749675983608171
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Distributed architecture is a promising route to scaling fault-tolerant quantum computing (FTQC) beyond the inherent limitations of single processors. For practical implementation of distributed FTQC, logical Bell pair preparation must be designed not only for efficient Bell pair consumption but also for the spacetime volume of the protocol; however, entanglement distillation protocols have primarily focused on minimizing the consumption of Bell pairs, often resulting in protocols that require a substantial number of local operations. To resolve this issue, we introduce a metric for characterizing the practical cost of preparing high-fidelity logical Bell pairs, link-limited volume (LLV), which is a circuit-volume metric incorporating both the cost of physical Bell pair consumption and the volume associated with local operations. Guided by this metric, we propose entanglement boosting protocol, which achieves efficient preparation of logical Bell pairs encoded in rotated surface code with LLV reduced by orders of magnitude compared to prior state-of-the-art methods. In this protocol, paralleling recent advances in magic state cultivation, we employ soft-information decoders and postselection to suppress the logical error rates of Bell pairs to practical levels in the order of $10^{-10}$ from fewer than 100 noisy physical Bell pairs while all local operations are implementable within a spatial region of a single surface code patch. We also present a pipelined implementation of entanglement distillation using high-rate quantum error-correcting codes, enabling arbitrarily low logical error rates while also maintaining physically efficient implementations. These results pave the way for the practical implementation of distributed FTQC, reinforcing the benefits of fast interconnect technologies and serving as a guiding principle for the efficient design of protocols and devices.
• Abstract（参考訳）: 分散アーキテクチャは、単一プロセッサ固有の制限を越えて、フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)をスケールするための有望なルートである。 分散FTQCの実用的な実装には、効率的なベルペアの消費だけでなく、プロトコルの時空ボリュームのためにも論理的なベルペアの準備を設計する必要があるが、絡み合った蒸留プロトコルは主にベルペアの消費を最小限に抑えることに重点を置いており、多くの場合、かなりの数のローカル操作を必要とするプロトコルを生み出している。 そこで本研究では,高忠実度論理ベル対(LLV)の製作に要する実コストを,物理ベル対の使用コストと局所演算に関連するボリュームを両立した回路体積の計測値であるリンクリミットボリューム(LLV)を用いて評価する手法を提案する。 本稿では, 回転曲面符号に符号化された論理ベル対を, 従来の最先端手法と比較して, LLVを桁違いに削減し, 効率よく生成できるエンタングルメント促進プロトコルを提案する。 本プロトコルでは,近年のマジック状態培養の進歩と並行して,軟情報デコーダとポストセレクションを用いて,1面コードパッチの空間領域内にすべてのローカル操作を実装しながら,100〜10ドル以下の物理ベルペアからベルペアの論理的誤り率を実用的なレベルに抑える。 また、高速量子誤り訂正符号を用いた絡み込み蒸留のパイプライン化を行い、物理的に効率的な実装を維持しつつ、論理的誤り率を任意に低くすることができることを示す。 これらの結果は、分散FTQCの実践的な実装の道を開き、高速相互接続技術の利点を強化し、プロトコルやデバイスの効率的な設計の指針となる。

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