論文の概要: Trade-offs in Gauss's law error correction for lattice gauge theory quantum simulations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.22121v1
• Date: Wed, 25 Feb 2026 17:09:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-26 18:19:16.924106
• Title: Trade-offs in Gauss's law error correction for lattice gauge theory quantum simulations
• Title（参考訳）: 格子ゲージ理論量子シミュレーションにおけるガウス法則誤差補正のトレードオフ
• Authors: Balint Pato, Natalie Klco,
• Abstract要約: ガウスの法則に基づく量子誤差補正(GLQEC)は、格子ゲージ理論シミュレーションにおける量子ビットオーバーヘッドを低減するための有望なアプローチを提供する。 我々は,GLQECを量子誤り訂正符号,特に$d=3$のビットフリップ繰り返し符号と数値的に比較し,GLQECは単一ラウンドの誤り訂正において低い論理誤差率を達成できるが,複数のラウンドでの定常混合アンサンブルに対するより高速なデコヒーレンスを示す。 我々の結果は対称性に基づく誤り訂正スキームの基本的限界を強調し、格子ゲージ理論の定式化に関する対応する制約を通知する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Gauss's law-based quantum error correction (GLQEC) offers a promising approach to reducing qubit overhead in lattice gauge theory simulations by leveraging built-in symmetries. For applications of GLQEC to 1+1D lattice quantum electrodynamics (QED), we identify two significant trade-offs. First, we prove via dimension-counting arguments that GLQEC requires periodic electric fields, thereby constraining the design space for lattice QED simulations. Second, we numerically compare GLQEC with a universal quantum error correction (UQEC) code, specifically the $d=3$ bitflip repetition code, and find that while GLQEC can achieve lower logical error rates in single-round error correction, it exhibits faster decoherence to the steady-state mixed ensemble under multiple rounds. The mixing speed penalty is manifest in observables of interest for both memory experiments and Hamiltonian evolution. We identify a mixing speed threshold, $p_{th}=0.277(2)$, above which using GLQEC exhibits even faster decoherence than without error correction. Our results highlight fundamental limitations of symmetry-based error correction schemes and inform corresponding constraints on formulations of lattice gauge theories compatible with error-robust quantum simulation techniques.
• Abstract（参考訳）: ガウスの法則に基づく量子誤差補正(GLQEC)は、格子ゲージ理論シミュレーションにおける量子ビットオーバーヘッドを低減するための有望なアプローチを提供する。 GLQECを1+1D格子量子電磁力学(QED)に応用するために、2つの重要なトレードオフを同定する。 まず、GLQECが周期電場を必要とするという次元カウントの議論を通じて証明し、格子QEDシミュレーションの設計空間を制約する。 次に,GLQECとUQEC符号,特に$d=3$bitflip繰り返し符号を比較し,GLQECは単一ラウンドの誤り訂正において低い論理誤差率を達成できるが,複数ラウンドの混合アンサンブルに対してより高速なデコヒーレンスを示す。 混合速度のペナルティは、記憶実験とハミルトニアン進化の両方に対する関心の観測可能性に表れている。 p_{th}=0.277(2)$という混合速度閾値を,GLQECを用いた場合,誤り訂正よりも高速なデコヒーレンスを示す。 本研究は,対称性に基づく誤差補正スキームの基本的限界を強調し,誤差ローバースト量子シミュレーション技術と相反する格子ゲージ理論の定式化に関する対応する制約を通知する。

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