論文の概要: LiDMaS: Architecture-Level Modeling of Fault-Tolerant Magic-State Injection in GKP Photonic Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.16244v1
• Date: Thu, 22 Jan 2026 12:31:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-26 14:27:27.362598
• Title: LiDMaS: Architecture-Level Modeling of Fault-Tolerant Magic-State Injection in GKP Photonic Qubits
• Title（参考訳）: LiDMaS:GKPフォトニックビットにおけるフォールトトレラントマジック状態注入のアーキテクチャレベルモデリング
• Authors: Dennis Delali Kwesi Wayo,
• Abstract要約: フォトニックアーキテクチャにおけるフォールトトレラント量子計算は、高忠実度論理マジック状態の効率的な準備に依存している。 我々は,GKP符号化フォトニック量子ビットにおける論理的Tゲートマジック状態の準備について,リピート・アンティル・サクセス・インジェクションプロトコルを用いて検討した。 実験の結果, 成功確率は全パラメータで0.94以上であり, 平均的オーバーヘッドはユニティに近いことがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Fault-tolerant quantum computation in photonic architectures relies on the efficient preparation of high-fidelity logical magic states under realistic constraints imposed by finite squeezing and photon loss. In this work, we study logical T-gate magic-state preparation in GKP-encoded photonic qubits using a repeat-until-success injection protocol combined with outer surface-code protection. We develop an architecture-level modeling framework based on a lightweight density-matrix simulator implemented with standard numerical linear algebra. Finite squeezing is mapped to effective logical dephasing, depolarizing noise is included at the logical level, and photon loss is treated as a heralded erasure process. This approach avoids explicit continuous-variable wavefunction simulation, hardware-specific photonic models, and quantum software frameworks, enabling transparent and computationally efficient exploration of architectural trade-offs. We perform systematic parameter sweeps over squeezing values from 8 to 16 dB, baseline loss probabilities between 0.01 and 0.03, and surface-code distances d = 1, 3, 5, and 7. Across this regime, we evaluate repeat-until-success probability, average injection overhead, and logical magic-state fidelity. We find that success probabilities exceed 0.94 across all studied parameters, with an average overhead close to unity. After outer-code protection, logical fidelities reach approximately 0.77 to 0.80 and show weak sensitivity to moderate photon loss but a strong dependence on squeezing. Phase-boundary analysis identifies minimum squeezing requirements needed to simultaneously achieve high success probability and logical fidelity. These results provide quantitative design guidance for scalable photonic fault-tolerant quantum architectures.
• Abstract（参考訳）: フォトニックアーキテクチャにおけるフォールトトレラント量子計算は、有限のスクイーズと光子損失によって課される現実的な制約の下で、高忠実な論理マジック状態の効率的な準備に依存する。 本研究では,GKP符号化光量子ビットにおける論理的Tゲートマジック状態生成法を,外面保護と組み合わせた繰り返しアンティル・サクセス・インジェクションプロトコルを用いて検討する。 標準数値線形代数を用いて実装された軽量密度行列シミュレータに基づくアーキテクチャレベルのモデリングフレームワークを開発する。 有限のスクイーズを効果的な論理的デフォーカスにマッピングし、論理レベルで偏極ノイズを含ませ、光子損失を隠蔽消去プロセスとして処理する。 このアプローチは、明示的な連続可変波動関数シミュレーション、ハードウェア固有のフォトニックモデル、および量子ソフトウェアフレームワークを回避し、アーキテクチャトレードオフの透過的かつ計算的に効率的な探索を可能にする。 8から16dBのスクイーズ値、0.01から0.03のベースライン損失確率、および表面符号距離d = 1, 3, 5, 7に対して、システマティックパラメータスイープを行う。 この体制全体にわたって、繰り返し解答確率、平均注入オーバーヘッド、論理魔法状態の忠実度を評価した。 実験の結果, 成功確率は全パラメータで0.94以上であり, 平均的オーバーヘッドはユニティに近いことがわかった。 コード外保護後、論理的忠実度は約0.77から0.80に達し、適度な光子損失に対する弱い感度を示すが、スクイーズへの強い依存を示す。 位相境界解析は、高い成功確率と論理的忠実度を同時に達成するために必要となる最小のスクイーズ要求を特定する。 これらの結果は、スケーラブルなフォトニックフォールトトレラント量子アーキテクチャのための定量的な設計ガイダンスを提供する。

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