論文の概要: Exact and Efficient Stabilizer Simulation of Thermal-Relaxation Noise for Quantum Error Correction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.09189v1
• Date: Tue, 09 Dec 2025 23:23:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-11 15:14:53.343513
• Title: Exact and Efficient Stabilizer Simulation of Thermal-Relaxation Noise for Quantum Error Correction
• Title（参考訳）: 量子誤差補正のための熱緩和雑音の厳密かつ効率的な安定化器シミュレーション
• Authors: Sean R. Garner, Nathan M. Myers, Meng Wang, Samuel Stein, Chenxu Liu, Ang Li,
• Abstract要約: 我々は、量子ビット熱緩和雑音の完全かつ安定なモデルを開発する。 我々は建築を有限温度緩和に拡張する。 将来の耐故障性アーキテクチャにおける熱ノイズ構造を正確に把握するためには,ノイズモデルインフォームドデコーダが不可欠である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.260074271813274
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Stabilizer-based simulation of quantum error-correcting codes typically relies on the Pauli-twirling approximation (PTA) to render non-Clifford noise classically tractable, but PTA can distort the behavior of physically relevant channels such as thermal relaxation. Physically accurate noise simulation is needed to train decoders and understand the noise suppression capabilities of quantum error correction codes. In this work, we develop an exact and stabilizer-compatible model of qubit thermal relaxation noise and show that the combined amplitude damping and dephasing channel admits a fully positive probability decomposition into Clifford operations and reset whenever $T_2 \leqslant T_1$. For $T_2 > T_1$, the resulting decomposition is negative, but allows a smaller sampling overhead versus independent channels. We further introduce an approximated error channel with reset that removes the negativity of the decomposition while achieving higher channel fidelity to the true thermal relaxation than PTA, and extend our construction to finite temperature relaxation. We apply the exact combined model to investigate large surface codes and bivariate bicycle codes on superconducting platforms with realistic thermal relaxation error. The differing logical performances across code states further indicate that noise-model-informed decoders will be essential for accurately capturing thermal-noise structure in future fault-tolerant architectures.
• Abstract（参考訳）: 安定化器に基づく量子誤り訂正符号のシミュレーションは、通常、パウリ・ツイリング近似(PTA)に依存して、非クリフォードノイズを古典的に引き出すが、PTAは熱緩和のような物理的に関連するチャネルの振舞いを歪めることができる。 物理的に正確なノイズシミュレーションは、デコーダを訓練し、量子誤り訂正符号のノイズ抑制能力を理解するために必要である。 本研究では, クビット熱緩和雑音の完全かつ安定なモデルを構築し, 振幅減衰と脱落流の組合せがクリフォード演算に完全に正の確率分解を許容し, T_2 \leqslant T_1$のときにリセット可能であることを示す。 T_2 > T_1$ の場合、結果の分解は負となるが、独立したチャネルに比べてサンプリングオーバーヘッドが小さくなる。 さらに、分解の負性性を除去し、PTAよりも真の熱緩和に高いチャネル忠実性を実現するリセット付き近似誤差チャネルを導入し、その構成を有限温度緩和に拡張する。 本研究では, 実測熱緩和誤差のある超伝導体上での大型表面符号とバイバリケート自転車符号について, 正確な組み合わせモデルを適用した。 コード状態の異なる論理的性能は、将来の耐故障性アーキテクチャにおける熱ノイズ構造を正確に捉えるために、ノイズモデルインフォームドデコーダが不可欠であることを示している。

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