論文の概要: Fault-tolerant quantum computation with constant overhead for general noise

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.02760v1
• Date: Tue, 02 Dec 2025 13:41:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-03 21:04:45.894825
• Title: Fault-tolerant quantum computation with constant overhead for general noise
• Title（参考訳）: 一般雑音に対する一定オーバーヘッドをもつフォールトトレラント量子計算
• Authors: Matthias Christandl, Omar Fawzi, Ashutosh Goswami,
• Abstract要約: 一般雑音モデルの下では, 一定の量子ビットオーバヘッドでフォールトトレラント量子計算が実現可能であることを示す。 一般回路雑音下での論理ゲートの実装法として,フォールトトレラントな誤り訂正手法を開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.49301882142233
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Fault-tolerant quantum computation traditionally incurs substantial resource overhead, with both qubit and time overheads scaling polylogarithmically with the size of the computation. While prior work by Gottesman showed that constant qubit overhead is achievable under stochastic noise using quantum low-density parity-check (QLDPC) codes, it has remained an open question whether similar guarantees hold under more general, non-stochastic noise models. In this work, we address this question by considering a general circuit-level noise model defined via the diamond norm, which captures both stochastic and non-stochastic noise, including coherent and amplitude damping noise. We prove that constant qubit overhead fault-tolerant quantum computation is achievable in this general setting, using QLDPC codes with constant rate and linear minimum distance. To establish our result, we develop a fault-tolerant error correction scheme and a method for implementing logic gates under general circuit noise. These results extend the theoretical foundations of fault-tolerant quantum computation and offer new directions for fault-tolerant architectures under realistic noise models.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラントな量子計算は伝統的に、キュービットと時間の両方のオーバーヘッドを計算のサイズに比例してスケーリングすることで、かなりのリソースオーバーヘッドを発生させる。 Gottesman の以前の研究は、量子低密度パリティチェック (QLDPC) 符号を用いて確率的雑音下で一定の量子ビットオーバーヘッドが達成可能であることを示したが、同様の保証がより一般的な非確率的ノイズモデルの下で成り立つかどうかには疑問が残る。 本研究は, 整合性および振幅減衰性雑音を含む確率的および非確率的ノイズを捕捉する, ダイヤモンドノルムを経由した一般的な回路レベルのノイズモデルを考えることにより, この問題に対処する。 この一般的な設定では、一定レートと線形最小距離のQLDPC符号を用いて、定数量子ビットオーバーヘッドのフォールトトレラント量子計算が実現可能であることを証明した。 この結果を確立するために,一般回路雑音下での論理ゲートの実装法とフォールトトレラントな誤り訂正手法を開発した。 これらの結果は、フォールトトレラント量子計算の理論的基礎を拡張し、現実的なノイズモデルの下でのフォールトトレラントアーキテクチャの新しい方向性を提供する。

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