論文の概要: Minimizing the Number of Code Switching Operations in Fault-Tolerant Quantum Circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.04170v1
• Date: Wed, 03 Dec 2025 19:00:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-05 21:11:45.822565
• Title: Minimizing the Number of Code Switching Operations in Fault-Tolerant Quantum Circuits
• Title（参考訳）: フォールトトレラント量子回路における符号切替動作の最小化
• Authors: Erik Weilandt, Tom Peham, Robert Wille,
• Abstract要約: 単一の誤り訂正コードは、普遍的な量子計算に必要な全てのゲートの完全かつフォールトトレラントな実装をサポートしていない。 コードスイッチングはこの制限に対処し、異なるコード間で量子情報を移動し、共通のゲートセットをサポートする。 したがって、スイッチング操作数を最小化することは、コードスイッチングを用いた量子計算に不可欠である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.561664406615985
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Fault-tolerant quantum computers rely on Quantum Error-Correcting Codes (QECCs) to protect information from noise. However, no single error-correcting code supports a fully transversal and therefore fault-tolerant implementation of all gates required for universal quantum computation. Code switching addresses this limitation by moving quantum information between different codes that, together, support a universal gate set. Unfortunately, each switch is costly-adding time and space overhead and increasing the logical error rate. Minimizing the number of switching operations is, therefore, essential for quantum computations using code switching. In this work, we study the problem of minimizing the number of code switches required to run a given quantum circuit. We show that this problem can be solved efficiently in polynomial time by reducing it to a minimum-cut instance on a graph derived from the circuit. Our formulation is flexible and can incorporate additional considerations, such as reducing depth overhead by preferring switches during idle periods or biasing the compilation to favor one code over another. To the best of our knowledge, this is the first automated approach for compiling and optimizing code-switching-based quantum computations at the logical level.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラントな量子コンピュータは、ノイズから情報を保護するために量子誤り訂正符号(QECC)に依存している。 しかし、1つの誤り訂正コードは完全な逆転であり、従って普遍量子計算に必要な全てのゲートのフォールトトレラントな実装をサポートしていない。 コードスイッチングはこの制限に対処し、異なるコード間で量子情報を移動し、共通のゲートセットをサポートする。 残念ながら、各スイッチは時間と空間のオーバーヘッドを犠牲にし、論理エラー率を増大させる。 したがって、スイッチング演算数の最小化は、コードスイッチングを用いた量子計算に必須である。 本研究では,与えられた量子回路の動作に必要な符号スイッチ数を最小化する問題について検討する。 この問題を回路から導出したグラフ上の最小カットのインスタンスに還元することで,多項式時間で効率的に解くことができることを示す。 私たちの定式化は柔軟で、アイドル期間中にスイッチを優先したり、コンパイルを偏り、別のコードよりも1つのコードを好むなど、追加の考慮事項を組み込むことができます。 私たちの知る限りでは、これは論理レベルでコードスイッチングベースの量子計算をコンパイルし、最適化する最初の自動化アプローチです。

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