論文の概要: Fault-tolerant modular quantum computing with surface codes using single-shot emission-based hardware
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.07241v1
- Date: Mon, 12 Jan 2026 06:23:13 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-13 19:08:01.242569
- Title: Fault-tolerant modular quantum computing with surface codes using single-shot emission-based hardware
- Title（参考訳）: 単一ショットエミッションベースハードウェアを用いた表面符号を用いたフォールトトレラントなモジュラ量子コンピューティング
- Authors: Siddhant Singh, Rikiya Kashiwagi, Kazufumi Tanji, Wojciech Roga, Daniel Bhatti, Masahiro Takeoka, David Elkouss,
- Abstract要約: 絡み合い分布プロトコルの2つの主な種類は、放出ベースと散乱ベースである。
メモリベースの2ビットゲートの必要性を完全に排除するプロトコルを導入する。
以上の結果から, スケーラブルな耐故障運転のためのエミッションベースアーキテクチャの実現可能性を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0138727338368827
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Fault-tolerant modular quantum computing requires stabilizer measurements across the modules in a quantum network. For this, entangled states of high quality and rate must be distributed. Currently, two main types of entanglement distribution protocols exist, namely emission-based and scattering-based, each with its own advantages and drawbacks. On the one hand, scattering-based protocols with cavities or waveguides are fast but demand stringent hardware such as high-efficiency integrated circulators or strong waveguide coupling. On the other hand, emission-based platforms are experimentally feasible but so far rely on Bell-pair fusion with extensive use of slow two-qubit memory gates, limiting thresholds to $\approx 0.16\%$. Here, we consider a fully distributed surface code using emission-based entanglement schemes that generate GHZ states in a single shot, i.e., without the need for Bell-pair fusions. We show that our optical setup produces Bell pairs, W states, and GHZ states, enabling both memory-based and optical protocols for distilling high-fidelity GHZ states with significantly improved success rates. Furthermore, we introduce protocols that completely eliminate the need for memory-based two-qubit gates, achieving thresholds of $\approx 0.19\%$ with modest hardware enhancements, increasing to above $\approx 0.24\%$ with photon-number-resolving detectors. These results show the feasibility of emission-based architectures for scalable fault-tolerant operation.
- Abstract（参考訳）: フォールトトレラントなモジュラー量子コンピューティングは、量子ネットワークのモジュール全体の安定化器測定を必要とする。
このため、高い品質とレートの絡み合った状態が分散されなければならない。
現在、2種類の絡み合い分布プロトコル、すなわち放射ベースと散乱ベースがあり、それぞれに独自の利点と欠点がある。
一方、キャビティや導波路を持つ散乱ベースのプロトコルは高速だが、高効率集積型サーキュレータや強い導波路結合のような厳しいハードウェアを必要とする。
一方、エミッションベースのプラットフォームは実験的に実現可能であるが、これまではベル対融合に頼っており、2量子ビットの遅いメモリゲートを広く使用しており、閾値を$\approx 0.16\%$に制限している。
本稿では,単一ショットでGHZ状態を生成するエミッションベースの絡み合い方式,すなわちベルペア融合を必要とせずに,完全に分散された表面コードを考える。
我々は,光装置がベルペア,W状態,GHZ状態を生成することを示し,高忠実度GHZ状態を蒸留するためのメモリベースおよび光プロトコルの両方を実現し,成功率を大幅に向上した。
さらに,メモリベースの2量子ゲートの必要性を完全に排除するプロトコルを導入し,モデストハードウェア拡張で$\approx 0.19\%の閾値を達成し,光子数分解検出器で$\approx 0.24\%以上の値に増加させた。
これらの結果から, スケーラブルな耐故障運転のための排出型アーキテクチャの実現可能性が確認された。
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