論文の概要: Achieving the Heisenberg limit using fault-tolerant quantum error correction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.05457v2
• Date: Wed, 14 Jan 2026 08:50:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-15 14:49:40.998182
• Title: Achieving the Heisenberg limit using fault-tolerant quantum error correction
• Title（参考訳）: フォールトトレラント量子誤り補正によるハイゼンベルク限界達成
• Authors: Himanshu Sahu, Qian Xu, Sisi Zhou,
• Abstract要約: ハイゼンベルク極限(英: Heisenberg limit, HL)は、量子力学によって許される極限である。 ハイゼンベルク極限は一般にノイズの存在下では到達できない。 量子エラー補正(QEC)は様々なシナリオでHLを回復することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.4120046623887776
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum effect enables enhanced estimation precision in metrology, with the Heisenberg limit (HL) representing the ultimate limit allowed by quantum mechanics. Although the HL is generally unattainable in the presence of noise, quantum error correction (QEC) can recover the HL in various scenarios. A notable example is estimating a Pauli-$Z$ signal under bit-flip noise using the repetition code, which is both optimal for metrology and robust against noise. However, previous protocols often assume noise affects only the signal accumulation step, while the QEC operations -- including state preparation and measurement -- are noiseless. To overcome this limitation, we study fault-tolerant quantum metrology where all qubit operations are subject to noise. We focus on estimating a Pauli-$Z$ signal under bit-flip noise, together with state preparation and measurement errors in all QEC operations. We propose a fault-tolerant metrological protocol where a repetition code is prepared via repeated syndrome measurements, followed by a fault-tolerant logical measurement. We demonstrate the existence of an error threshold, below which errors are effectively suppressed and the HL is attained.
• Abstract（参考訳）: 量子効果は、量子力学によって許容される究極の極限を表すハイゼンベルク極限(HL)を用いて、メトロジーにおける推定精度の向上を可能にする。 HLは一般にノイズの存在下では到達できないが、量子誤差補正(QEC)は様々なシナリオでHLを回復することができる。 注目すべき例として、繰り返し符号を用いてビットフリップ雑音下でのPauli-$Z$信号の推定がある。 しかし、従来のプロトコルでは、ノイズが信号の蓄積ステップにのみ影響すると仮定することが多い。 この制限を克服するために、全ての量子ビット演算がノイズを受けるフォールトトレラント量子メトロジーについて研究する。 ビットフリップ雑音下でのPauli-$Z$信号の推定と,QECの全ての動作における状態準備と測定誤差に着目する。 本稿では、繰り返しシンドローム測定により繰り返しコードを作成し、続いてフォールトトレラント論理測定を行うフォールトトレラント気象プロトコルを提案する。 以下に、エラーが効果的に抑制され、HLが達成されるエラーしきい値の存在を示す。

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