論文の概要: Synthesis of Fault-tolerant State Preparation Circuits using Steane-type Error Detection

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.13313v1
• Date: Mon, 19 Jan 2026 19:00:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-21 22:47:23.021726
• Title: Synthesis of Fault-tolerant State Preparation Circuits using Steane-type Error Detection
• Title（参考訳）: ステレオ型エラー検出による耐故障性状態生成回路の合成
• Authors: Erik Weilandt, Tom Peham, Robert Wille,
• Abstract要約: 本稿では,耐故障状態生成回路の汎用的自動合成手法を提案する。 提案手法は,任意のCalderbank-Shor-Steane符号(CSS)に対して最大7つの距離まで適用する。
• 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: Fault-tolerant state preparation is essential for reliable quantum error correction, particularly in Steane-type error correction, which relies on robust ancilla states for syndrome readout. One method of fault-tolerant state preparation is to initialize multiple ancilla states and check them against each other to detect problematic errors. In the worst case, the number of states required for successful initialization grows polynomially with the code distance, but it has been shown that this can be reduced to constant ancilla overhead-in the best case, only four states are required. However, existing techniques for finding low-overhead initialization schemes are limited to codes with large symmetry groups, such as the Golay code. In this work, we propose a general, automated synthesis methodology for Steane-type fault-tolerant state preparation circuits that applies to arbitrary Calderbank-Shor-Steane (CSS) codes and does not rely on code symmetries. We apply the proposed methods to various CSS codes up to a distance of seven and simulate the successful fault-tolerant initialization of logical basis states under circuit-level depolarizing noise. The circuits synthesized using the proposed methodology provide an important step towards experimental realizations of high-fidelity ancilla states for near-term demonstration of fault-tolerant quantum computation.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラント状態の準備は、特にシンドロームの読み出しにロバストなアンシラ状態に依存するステイン型エラー補正において、信頼性の高い量子エラー補正に不可欠である。 フォールトトレラント状態の準備の1つの方法は、複数のアンシラ状態を初期化し、互いにチェックし、問題のあるエラーを検出することである。 最悪の場合、初期化を成功させるために必要な状態の数は符号距離とともに多項式的に増加するが、これは一定のアンシラのオーバーヘッドに還元できることが示されている。 しかし、低オーバーヘッド初期化スキームを見つけるための既存の手法は、Golay符号のような大きな対称性を持つ符号に限られている。 本研究では,任意のCalderbank-Shor-Steane (CSS) 符号に適用し,符号対称性に依存しない,ステアーン型耐故障状態生成回路の汎用的自動合成手法を提案する。 提案手法を最大7個のCSS符号に適用し,回路レベルの脱分極雑音下での論理基底状態のフォールトトレラント初期化をシミュレートする。 提案手法を用いて合成した回路は、耐故障性量子計算の短期的な実証のために、高忠実度アンシラ状態の実験的実現に向けて重要なステップを提供する。

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