論文の概要: 3D Stacked Surface-Code Architecture for Measurement-Free Fault-Tolerant Quantum Error Correction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.13648v1
• Date: Tue, 20 Jan 2026 06:32:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-21 22:47:23.185424
• Title: 3D Stacked Surface-Code Architecture for Measurement-Free Fault-Tolerant Quantum Error Correction
• Title（参考訳）: フォールトトレラントな量子誤差補正のための3次元積層表面符号構造
• Authors: GunSik Min, IlKwon Sohn, Jun Heo,
• Abstract要約: 中間回路の測定は、ゲートよりも遅く、ノイズが多いため、超伝導量子プロセッサの主要なボトルネックとなっている。 測定不要な量子誤差補正(mfec)は、連続した測定と古典的なフィードフォワードをコヒーレントな量子フィードバックによって置き換える。 既存のmfecプロトコルは、平面的な表面コードアーキテクチャにマップされると、接続のオーバーヘッドがひどくなる。 この研究は、計測不要なフォールトトレラントな量子誤り訂正のための3次元積層表面符号アーキテクチャを導入している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.15293427903448018
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Mid-circuit measurements are a major bottleneck for superconducting quantum processors because they are slower and noisier than gates. Measurement-free quantum error correction (mfec) replaces repeated measurements and classical feed-forward by coherent quantum feedback, but existing mfec protocols suffer from severe connectivity overhead when mapped to planar surface-code architectures: transversal interactions between logical patches require SWAP chains of length $O(d)$ in the code distance, which increase depth and generate hook errors. This work introduces a 3D stacked surface-code architecture for measurement-free fault-tolerant quantum error correction that removes this connectivity bottleneck. Vertical transversal couplers between aligned surface-code patches enable coherent parity mapping and feedback with zero SWAP overhead, realizing constant-depth $O(1)$ inter-layer operations in d while preserving local 2D stabilizer checks. A fault-tolerant mfec protocol for the surface code is constructed that suppresses hook errors under realistic noise. An analytical performance model shows that the 3D architecture overcomes the readout error floor and achieves logical error rates orders of magnitude below both standard measurement-based surface codes and 2D mfec variants in regimes with slow, noisy measurements, identifying 3D integration as a key enabler for scalable measurement-free fault tolerance.
• Abstract（参考訳）: 中間回路の測定は、ゲートよりも遅く、ノイズが多いため、超伝導量子プロセッサの主要なボトルネックとなっている。 測定不要な量子エラー補正(mfec)は、繰り返し測定と古典的なフィードフォワードをコヒーレントな量子フィードバックによって置き換えるが、既存のmfecプロトコルは、平面的な表面コードアーキテクチャにマッピングされた際に深刻な接続オーバーヘッドに悩まされる。 この研究は、この接続ボトルネックを取り除くために、計測不要なフォールトトレラントな量子エラー補正のための3Dスタックされた表面コードアーキテクチャを導入している。 整列した表面コードパッチ間の垂直反転結合器は、コヒーレントパリティマッピングとSWAPオーバーヘッドゼロのフィードバックを可能にし、局所的な2D安定化器チェックを保ちながら、dにおける定数深さ$O(1)$の層間演算を実現する。 現実的な雑音下でのフックエラーを抑制する表面コードに対する耐障害mfecプロトコルを構築する。 解析的性能モデルにより、3Dアーキテクチャは読み出し誤差フロアを克服し、低騒音のレジームにおける標準計測ベースサーフェスコードと2次元mfec変量より格段に低い論理誤差率を達成し、3D統合をスケーラブルな計測フリーフォールトトレランスのキーイネーラとして同定した。

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