論文の概要: Error Mitigation of Fault-Tolerant Quantum Circuits with Soft Information

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.09863v1
• Date: Wed, 10 Dec 2025 17:49:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-11 15:14:53.619929
• Title: Error Mitigation of Fault-Tolerant Quantum Circuits with Soft Information
• Title（参考訳）: ソフト情報を用いたフォールトトレラント量子回路の誤差低減
• Authors: Zeyuan Zhou, Shaun Pexton, Aleksander Kubica, Yongshan Ding,
• Abstract要約: 量子誤り訂正(QEC)の時代において、量子エラー軽減(QEM)が引き続き大きなメリットをもたらすことを示す。 我々は、選択後および実行中止ポリシー、確率的エラーキャンセル、ゼロノイズ外挿という3つの論理レベルのQEM手法を開発し、分析する。 我々の手法は、0.1%未満のショットを捨てながら、論理誤差率を100倍以上に削減する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 39.64742821341961
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum error mitigation (QEM) is typically viewed as a suite of practical techniques for today's noisy intermediate-scale quantum devices, with limited relevance once fault-tolerant quantum computers become available. In this work, we challenge this conventional wisdom by showing that QEM can continue to provide substantial benefits in the era of quantum error correction (QEC), and in an even more efficient manner than it does on current devices. We introduce a framework for logical-level QEM that leverages soft information naturally produced by QEC decoders, requiring no additional data, hardware modifications, or runtime overhead beyond what QEC protocols already provide. Within this framework, we develop and analyze three logical-level QEM techniques: post-selection and runtime abort policies, probabilistic error cancellation, and zero-noise extrapolation. Our techniques reduce logical error rates by more than 100x while discarding fewer than 0.1% of shots; they also provide in situ characterization of logical channels for QEM protocols. As a proof of principle, we benchmark our approach using a surface-code architecture and two state-of-the-art decoders based on tensor-network contraction and minimum-weight perfect matching. We evaluate logical-level QEM on random Clifford circuits and molecular simulation algorithms and find that, compared to previous approaches relying on QEC only or QEC combined with QEM, we can achieve up to 87.4% spacetime overhead savings. Our results demonstrate that logical-level QEM with QEC decoder soft information can reliably improve logical performance, underscoring the efficiency and usefulness of QEM techniques for fault-tolerant quantum computers.
• Abstract（参考訳）: QEM(Quantum error mitigation)は、今日のノイズの多い中間スケールの量子デバイスのための実用的テクニックの集合と見なされ、フォールトトレラントな量子コンピュータが利用可能になると、その関連性は限られる。 本研究では,QEMが量子エラー補正(QEC)の時代にも,現在のデバイスよりも効率的な方法で大きなメリットを提供できることを示すことによって,この従来の知恵に挑戦する。 我々はQECデコーダが生み出すソフト情報を活用する論理レベルQEMのためのフレームワークを導入し、QECプロトコルが提供する以上の追加データ、ハードウェア修正、ランタイムオーバーヘッドを必要としない。 本フレームワークでは、選択後および実行中止ポリシー、確率的エラーキャンセル、ゼロノイズ外挿という3つの論理レベルのQEM手法を開発・分析する。 提案手法は,0.1%未満のショットを破棄しながら,100倍以上の論理誤差率を削減し,QEMプロトコルの論理チャネルをその場で評価する。 原理の証明として、テンソルネットワークの縮約と最小ウェイト完全マッチングに基づく2つの最先端デコーダとサーフェスコードアーキテクチャを用いて、我々のアプローチをベンチマークする。 ランダムなクリフォード回路と分子シミュレーションアルゴリズムの論理レベルQEMを評価し,従来のQECのみやQECとQEMの組み合わせによるアプローチと比較して,最大87.4%の時空オーバーヘッドを削減できることを見出した。 以上の結果から,QECデコーダソフト情報を用いた論理レベルQEMは,フォールトトレラント量子コンピュータにおけるQEM技術の効率性と有用性を実証し,論理性能を確実に向上できることを示した。

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