論文の概要: A Folded Surface Code Architecture for 2D Quantum Hardware

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.19823v1
• Date: Tue, 27 Jan 2026 17:29:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-28 15:26:51.417672
• Title: A Folded Surface Code Architecture for 2D Quantum Hardware
• Title（参考訳）: 2次元量子ハードウェアのための曲面コードアーキテクチャ
• Authors: Zhu Sun, Zhenyu Cai,
• Abstract要約: 量子コンピューティングプラットフォームをスケールする上で、クビットシャットリングは必須の要素となっている。 厳密な2次元デバイス上での効率的な3次元接続を実現するために,短距離シャットリングを用いたスケーラブルなアーキテクチャを提案する。 このアーキテクチャは、従来の表面符号格子手術では$mathcalO(d)$から一定時間まで、全ての単一量子ビット論理クリフォードゲートと論理的CNOTのランタイムを減少させることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.881921610566565
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Qubit shuttling has become an indispensable ingredient for scaling leading quantum computing platforms, including semiconductor spin, neutral-atom, and trapped-ion qubits, enabling both crosstalk reduction and tighter integration of control hardware. Cai et al. (2023) proposed a scalable architecture that employs short-range shuttling to realize effective three-dimensional connectivity on a strictly two-dimensional device. Building on recent advances in quantum error correction, we show that this architecture enables the native implementation of folded surface codes on 2D hardware, reducing the runtime of all single-qubit logical Clifford gates and logical CNOTs within subsets of qubits from $\mathcal{O}(d)$ in conventional surface code lattice surgery to constant time. We present explicit protocols for these operations and demonstrate that access to a transversal $S$ gate reduces the spacetime volume of 8T-to-CCZ magic-state distillation by more than an order of magnitude compared with standard 2D lattice surgery approaches. Finally, we introduce a new "virtual-stack" layout that more efficiently exploits the quasi-three-dimensional structure of the architecture, enabling efficient multilayer routing on these two-dimensional devices.
• Abstract（参考訳）: 量子ビットのシャットリングは、半導体スピン、中性原子、閉じ込められたイオン量子ビットを含む主要な量子コンピューティングプラットフォームをスケールするのに欠かせない要素となり、クロストークの低減と制御ハードウェアのより緊密な統合を可能にする。 Cai et al (2023) は、厳密な2次元デバイス上で効果的な3次元接続を実現するために、短距離シャットリングを利用するスケーラブルなアーキテクチャを提案した。 量子誤り訂正の最近の進歩に基づき、このアーキテクチャは2次元ハードウェア上で折り畳まれた曲面コードのネイティブ実装を可能にし、従来の曲面格子手術では$\mathcal{O}(d)$から$\mathcal{O}(d)$までのキュービットのサブセット内の全ての単一量子ビット論理クリフォードゲートと論理CNOTのランタイムを一定時間に短縮することを示した。 我々は,これらの操作の明示的なプロトコルを提示し,標準的な2次元格子手術法と比較して,8T-CCZ間実時間蒸留の時空体積を1桁以上削減することを示す。 最後に、アーキテクチャの準三次元構造をより効率的に活用し、これらの2次元デバイス上で効率的な多層ルーティングを実現する「仮想スタック」レイアウトを導入する。

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