論文の概要: Optimizing Fault-tolerant Cat State Preparation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.03343v1
• Date: Tue, 06 Jan 2026 19:00:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-09 02:15:22.977478
• Title: Optimizing Fault-tolerant Cat State Preparation
• Title（参考訳）: 耐故障性猫状態の最適化
• Authors: Tom Peham, Erik Weilandt, Robert Wille,
• Abstract要約: キャット状態はフォールトトレラント量子コンピューティングにとって重要なビルディングブロックである。 低深度回路で2つの猫状態を調製し,次にCNOTと1つの猫状態を計測した猫状態作成法を提案する。 回路の耐故障性は高いが, 汎用的な構成ではリソースは少ない。
• 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: Cat states are an important resource for fault-tolerant quantum computing, where they serve as building blocks for a variety of fault-tolerant primitives. Consequently, the ability to prepare high-quality cat states at large fault distances is essential. While optimizations for low fault distances or small numbers of qubits exist, higher fault distances can be achieved via generalized constructions with potentially suboptimal circuit sizes. In this work, we propose a cat state preparation scheme based on preparing two cat states with low-depth circuits, followed by a transversal CNOT and measurement of one of the states. This scheme prepares $w$-qubit cat states fault-tolerantly up to fault distances of $9$ using $\lceil\log_2 w\rceil+1$ depth and at most $3w-2$ CNOTs and $2w$ qubits. We discuss that the combinatorially challenging aspect of this construction is the precise wiring of the transversal CNOT and propose three methods for finding these: two based on Satisfiability Modulo Theory solving and one heuristic search based on a local repair strategy. Numerical evaluations show that our circuits achieve a high fault-distance while requiring fewer resources as generalized constructions.
• Abstract（参考訳）: キャット状態はフォールトトレラント量子コンピューティングにとって重要なリソースであり、様々なフォールトトレラントプリミティブのビルディングブロックとして機能する。 したがって, 高い断層距離で高品質な猫の状態を調製する能力は不可欠である。 低故障距離や少数の量子ビットに対する最適化は存在するが、高い故障距離は、潜在的に最適以下の回路サイズを持つ一般化された構成によって達成できる。 本研究では,低深度回路で2つの猫状態を調製し,その後にCNOTと1つの猫状態を計測した猫状態作成手法を提案する。 このスキームは、$$w$-qubit cat state to fault-tolerantly to to fault distances of 9$ using $\lceil\log_2 w\rceil+1$ depth と少なくとも$3w-2$ CNOTs と $2w$ qubits を準備する。 本稿では, この構成の組合せ的課題として, トランスバーサルCNOTの正確な配線について論じるとともに, 満足度モデュロ理論に基づく2つの方法と局所的な修復戦略に基づく1つのヒューリスティック探索を提案する。 数値評価の結果,回路の耐故障性は高いが,汎用的な構成では資源の削減が期待できることがわかった。

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