論文の概要: Partially Fault-Tolerant Quantum Computation for Megaquop Applications

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.13093v1
• Date: Fri, 13 Mar 2026 15:41:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-16 17:38:12.166667
• Title: Partially Fault-Tolerant Quantum Computation for Megaquop Applications
• Title（参考訳）: Megaquop応用のための部分フォールトトレラント量子計算
• Authors: Ming-Zhi Chung, Ali H. Z. Kavaki, Artur Scherer, Abdullah Khalid, Xiangzhou Kong, Toru Kawakubo, Namit Anand, Gebremedhin A Dagnew, Zachary Webb, Allyson Silva, Gaurav Gyawali, Tennin Yan, Keisuke Fujii, Alan Ho, Masoud Mohseni, Pooya Ronagh, John Martinis,
• Abstract要約: 部分的にフォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)は、メガクオップスケールの回路を実行する上で有望なアプローチである。 本稿では、STARアーキテクチャのプロトコルの性能が、ハードウェアの改善によってどのように影響を受けるかを示す。 本稿では,2次元フェルミ-ハバードモデル系の量子シミュレーションがSTARアーキテクチャに特に適していることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.7971852349452266
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Partially fault-tolerant quantum computing (FTQC) has recently emerged as a promising approach for the execution of megaquop-scale circuits with millions of logical operations. In this work, we demonstrate the strengths and the limitations of this approach by conducting quantum resource estimation (QRE) of the space--time-efficient analog rotation (STAR) architecture using realistic hardware specifications for superconducting processors, and compare it against the QRE of the full FTQC architecture. We show how the performance of the STAR architecture's protocols is affected by hardware improvements. We also reduce the space requirements for partial FTQC by developing a procedure leveraging code growth to decrease the size of a factory producing analog rotation states. Our results reveal a non-trivial dependence of the optimal pre-growth code distance on the rotation angle with respect to post-growth infidelity. Further, we analyze space--time trade-offs between the factory size and the error-mitigation overhead, and observe that in an application-agnostic setting, there is a Goldilocks zone for circuits in the regime of roughly $10^5$--$10^6$ small-angle rotation gates. We show that quantum simulation of 2D Fermi--Hubbard model systems is a particularly well-suited application for the STAR architecture, requiring only hundreds of thousands of physical qubits and runtimes on the order of minutes for modest system sizes. Due to its favourable algorithmic scaling to larger system sizes, utility-scale simulation of the 2D Fermi--Hubbard model could potentially be attained using partial FTQC.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)は、数百万の論理演算を持つメガクオップスケールの回路を実行するための有望なアプローチとして最近登場した。 本研究では,超伝導プロセッサの現実的なハードウェア仕様を用いて,空間時間効率アナログ回転(STAR)アーキテクチャの量子リソース推定(QRE)を行い,完全なFTQCアーキテクチャのQREと比較することによって,このアプローチの強みと限界を実証する。 本稿では、STARアーキテクチャのプロトコルの性能が、ハードウェアの改善によってどのように影響を受けるかを示す。 また、コード成長を利用してアナログ回転状態を生成するファクトリのサイズを小さくする手法を開発することにより、部分的なFTQCの空間要件も低減する。 以上の結果から, 成長後の不完全性に関して, 最適な成長前符号距離の回転角への非自明な依存性が明らかとなった。 さらに、工場規模と誤差軽減オーバーヘッドの空間的トレードオフを分析し、アプリケーションに依存しない環境では、およそ10^5$-$10^6$の小角回転ゲートの状態で回路のGoldilocksゾーンが存在することを観察する。 2D Fermi-Hubbard モデルシステムの量子シミュレーションはSTAR アーキテクチャに特に適したアプリケーションであることを示す。 より大きなシステムサイズへのアルゴリズムスケーリングが好ましいため、2D Fermi-HubbardモデルのユーティリティスケールのシミュレーションはFTQCの一部で達成できる可能性がある。

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