論文の概要: SOFT: a high-performance simulator for universal fault-tolerant quantum circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.23037v1
• Date: Sun, 28 Dec 2025 18:28:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-30 22:37:30.33706
• Title: SOFT: a high-performance simulator for universal fault-tolerant quantum circuits
• Title（参考訳）: SOFT:ユニバーサルフォールトトレラント量子回路のための高性能シミュレータ
• Authors: Riling Li, Keli Zheng, Yiming Zhang, Huazhe Lou, Shenggang Ying, Ke Liu, Xiaoming Sun,
• Abstract要約: SOFTは、普遍的なフォールトトレラント量子回路のための高性能なSimulatOrである。 本研究は,フォールトトレラントアーキテクチャ設計における信頼性のあるシミュレーションツールの重要性を実証するものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.744501987992456
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Circuit simulation tools are critical for developing and assessing quantum-error-correcting and fault-tolerant strategies. In this work, we present SOFT, a high-performance SimulatOr for universal Fault-Tolerant quantum circuits. Integrating the generalized stabilizer formalism and highly optimized GPU parallelization, SOFT enables the simulation of noisy quantum circuits containing non-Clifford gates at a scale not accessible with existing tools. To provide a concrete demonstration, we simulate the state-of-the-art magic state cultivation (MSC) protocol at code distance $d=5$, involving 42 qubits, 72 $T$ / $T^\dagger$ gates, and mid-circuit measurements. Using only modest GPU resources, SOFT performs over 200 billion shots and achieves the first ground-truth simulation of the cultivation protocol at a non-trivial scale. This endeavor not only certifies the MSC's effectiveness for generating high-fidelity logical $T$-states, but also reveals a large discrepancy between the actual logical error rate and the previously reported values. Our work demonstrates the importance of reliable simulation tools for fault-tolerant architecture design, advancing the field from simulating quantum memory to simulating a universal quantum computer.
• Abstract（参考訳）: 回路シミュレーションツールは、量子エラー訂正およびフォールトトレラント戦略の開発と評価に重要である。 本稿では,汎用なフォールトトレラント量子回路のための高性能シミュレータSOFTを提案する。 一般化された安定化器形式と高度に最適化されたGPU並列化を統合したSOFTは、既存のツールではアクセスできないスケールで、非クリフォードゲートを含むノイズの多い量子回路のシミュレーションを可能にする。 実演として,42キュービット,72ドルT$/$T^\dagger$ゲート,中間回路計測を含む,最先端のマジックステート培養(MSC)プロトコルをコード距離$d=5$でシミュレートする。 控えめなGPUリソースのみを使用して、SOFTは200億枚以上のショットを実行し、非自明なスケールで培養プロトコルの地上真実シミュレーションを行う。 この取り組みは、高忠実度論理的な$T$-statesを生成するMSCの有効性を証明しているだけでなく、実際の論理的エラー率と以前に報告された値との大きな相違も明らかにしている。 本研究は, フォールトトレラントアーキテクチャ設計における信頼性のあるシミュレーションツールの重要性を実証し, 量子メモリのシミュレーションから汎用量子コンピュータのシミュレーションまで, 分野を推し進めるものである。

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