論文の概要: Optimal Compilation of Syndrome Extraction Circuits for General Quantum LDPC Codes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.21499v1
• Date: Mon, 23 Mar 2026 02:43:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-24 19:11:39.450957
• Title: Optimal Compilation of Syndrome Extraction Circuits for General Quantum LDPC Codes
• Title（参考訳）: 一般量子LDPC符号に対するシンドローム抽出回路の最適コンパイル
• Authors: Kai Zhang, Dingchao Gao, Zhaohui Yang, Runshi Zhou, Fangming Liu, Zhengfeng Ji, Jianxin Chen,
• Abstract要約: 我々は,任意のqLDPC符号に対して,奥行き最適シンドローム抽出回路を生成する汎用コンパイルフレームワークであるAuto-Stabilizer-Check(ASC)を提案する。 ASCは回路深さを約50%削減し、一般的なqLDPC符号の論理誤差率を平均7×8倍に抑える。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 24.459036277770007
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum error correcting codes (QECC) are essential for constructing large-scale quantum computers that deliver faithful results. As strong competitors to the conventional surface code, quantum low-density parity-check (qLDPC) codes are emerging rapidly: they offer high encoding rates while maintaining reasonable physical-qubit connectivity requirements. Despite the existence of numerous code constructions, a notable gap persists between these designs -- some of which remain purely theoretical -- and their circuit-level deployment. In this work, we propose Auto-Stabilizer-Check (ASC), a universal compilation framework that generates depth-optimal syndrome extraction circuits for arbitrary qLDPC codes. ASC leverages the sparsity of parity-check matrices and exploits the commutativity of X and Z stabilizer measurement subroutines to search for optimal compilation schemes. By iteratively invoking an SMT solver, ASC returns a depth-optimal solution if a satisfying assignment is found, and a near-optimal solution in cases of solver timeouts. Notably, ASC provides the first definitive answer to one of IBM's open problems: for all instances of bivariate bicycle (BB) code reported in their work, our compiler certifies that no depth-6 syndrome extraction circuit exists. Furthermore, by integrating ASC with an end-to-end evaluation framework -- one that assesses different compilation settings under a circuit-level noise model -- ASC reduces circuit depth by approximately 50% and achieves an average 7x-8x suppression of the logical error rate for general qLDPC codes, compared with as-soon-as-possible (ASAP) and coloration-based scheduling. ASC thus substantially reduces manual design overhead and demonstrates its strong potential to serve as a key component in accelerating hardware deployment of qLDPC codes.
• Abstract（参考訳）: 量子誤り訂正符号(QECC)は、忠実な結果をもたらす大規模量子コンピュータの構築に不可欠である。 従来のサーフェスコードと強く競合するものとして、量子低密度パリティチェック(qLDPC)コードは急速に増加しており、適切な物理ビット接続要件を維持しながら高いエンコーディングレートを提供する。 多数のコード構造が存在するにもかかわらず、これらの設計(一部は純粋に理論的に残っている)と回路レベルの展開の間には顕著なギャップが残っている。 本研究では,任意のqLDPC符号に対して,奥行き最適シンドローム抽出回路を生成する汎用コンパイルフレームワークであるAuto-Stabilizer-Check(ASC)を提案する。 ASCはパリティチェック行列の空間性を活用し、XとZの安定化器測定サブルーチンの可換性を利用して最適なコンパイルスキームを探索する。 SMTソルバを反復的に呼び出すことにより、ASCは満足度の高い代入が見つかれば深度最適解を返し、ソルバタイムアウトの場合、ほぼ最適解を返す。 特に、ASCはIBMのオープンな問題の1つに対して、最初の決定的な回答を提供する: 作業中に報告されたバイバリアイト自転車(BB)コードのすべてのインスタンスに対して、私たちのコンパイラは、Depth-6シンドローム抽出回路が存在しないことを証明します。 さらに、ASCとエンドツーエンドの評価フレームワーク(回路レベルのノイズモデルの下で異なるコンパイル設定を評価する)を統合することで、ASCは回路深さを約50%減らし、一般的なqLDPC符号の論理エラー率を平均7x8倍に抑える。 ASCは手動設計のオーバーヘッドを大幅に減らし、qLDPCコードのハードウェア展開を加速する上で重要なコンポーネントとして機能する可能性を示している。

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