論文の概要: Accelerating the Tesseract Decoder for Quantum Error Correction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.02985v1
• Date: Tue, 03 Feb 2026 01:46:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-04 18:37:15.181021
• Title: Accelerating the Tesseract Decoder for Quantum Error Correction
• Title（参考訳）: 量子エラー補正のためのテッセラクトデコーダの高速化
• Authors: Dragana Grbic, Laleh Aghababaie Beni, Noah Shutty,
• Abstract要約: Tesseractは量子エラー補正のための新しいMLEデコーダである 本稿では,低レベル性能向上によるTesseractデコーダの最適化手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0037458982330154
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum Error Correction (QEC) is essential for building robust, fault-tolerant quantum computers; however, the decoding process often presents a significant computational bottleneck. Tesseract is a novel Most-Likely-Error (MLE) decoder for QEC that employs the A* search algorithm to explore an exponentially large graph of error hypotheses, achieving high decoding speed and accuracy. This paper presents a systematic approach to optimizing the Tesseract decoder through low-level performance enhancements. Based on extensive profiling, we implemented four targeted optimization strategies, including the replacement of inefficient data structures, reorganization of memory layouts to improve cache hit rates, and the use of hardware-accelerated bit-wise operations. We achieved significant decoding speedups across a wide range of code families and configurations, including Color Codes, Bivariate-Bicycle Codes, Surface Codes, and Transversal CNOT Protocols. Our results demonstrate consistent speedups of approximately 2x for most code families, often exceeding 2.5x. Notably, we achieved a peak performance gain of over 5x for the most computationally demanding configurations of Bivariate-Bicycle Codes. These improvements make the Tesseract decoder more efficient and scalable, serving as a practical case study that highlights the importance of high-performance software engineering in QEC and providing a strong foundation for future research.
• Abstract（参考訳）: 量子誤り補正(Quantum Error Correction, QEC)は、堅牢でフォールトトレラントな量子コンピュータを構築するために必須である。 TesseractはQECのための新しいMLEデコーダであり、A*探索アルゴリズムを用いて、指数関数的に大きな誤り仮説のグラフを探索し、高い復号速度と精度を達成する。 本稿では,低レベル性能向上によるTesseractデコーダの最適化手法を提案する。 広範なプロファイリングに基づいて、非効率なデータ構造を置き換えること、キャッシュヒット率を改善するためにメモリレイアウトを再編成すること、ハードウェアアクセラレーションによるビットワイズ演算の使用を含む4つの最適化戦略を実装した。 私たちは、Color Codes、Bivariate-Bicycle Codes、Surface Codes、Transversal CNOT Protocolsなど、幅広いコードファミリと構成の大幅なデコードスピードアップを実現しました。 その結果、ほとんどのコードファミリでは、一貫したスピードアップが約2倍になり、2.5倍を超えることが判明した。 特に,Bivariate-Bicycle Codesの計算量の多い構成に対して,ピーク時の5倍以上の性能向上を達成した。 これらの改善により、Tesseractデコーダはより効率的でスケーラブルになり、QECにおける高性能ソフトウェアエンジニアリングの重要性を強調し、将来の研究のための強力な基盤を提供する実践的なケーススタディとして機能する。

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