論文の概要: SyQMA: A memory-efficient, symbolic and exact universal simulator for quantum error correction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.15043v1
• Date: Thu, 16 Apr 2026 14:10:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-17 21:29:31.938316
• Title: SyQMA: A memory-efficient, symbolic and exact universal simulator for quantum error correction
• Title（参考訳）: SyQMA:量子誤り訂正のためのメモリ効率、シンボリック、正確な普遍シミュレータ
• Authors: George Umbrarescu, David Amaro,
• Abstract要約: SyQMAは、コヒーレントなパウリノイズを持つ普遍量子回路をシミュレートする。 回路パラメータのシンボリック関数として正確な期待値と測定確率を計算する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The classical simulation of universal quantum circuits is crucial both fundamentally and practically for quantum computation. We propose SyQMA, a simulator with several convenient features, particularly suited for quantum error correction (QEC). SyQMA simulates universal quantum circuits with incoherent Pauli noise and computes exact expectation values and measurement probabilities as symbolic functions of circuit parameters: rotation angles, measurement outcomes, and noise rates. This simulator can sample measurement outcomes, enabling the simulation of dynamic quantum programs where circuit composition depends on prior measurement outputs. For QEC, it performs circuit-level maximum-likelihood decoding, provides exact symbolic expressions for logical error rates, and verifies the fault distance of fault-tolerant (FT) stabiliser and magic state preparation protocols. These features are enabled by an intuitive extension of stabiliser simulators, where each non-Clifford Pauli rotation and incoherent Pauli channel is compactly represented via auxiliary qubits and a modified trace. Representing the state requires only polynomial memory and time, while computing expectation values and measurement probabilities takes exponential time in the number of non-Clifford rotations and deterministic measurements, but only polynomial memory. The FT preparation of stabiliser and magic states, including the first stage of magic state cultivation, is analysed without approximations. We also exactly convert the disjoint error probabilities of a general multi-qubit Pauli channel to independent ones, a key step for creating and sampling from detector error models. The code is publicly available and open-source.
• Abstract（参考訳）: 普遍量子回路の古典的なシミュレーションは、量子計算の原理と実用の両方に不可欠である。 本稿では,いくつかの便利な特徴を持つシミュレータSyQMAを提案する。 SyQMAは、コヒーレントなパウリノイズで普遍量子回路をシミュレートし、回路パラメータのシンボル関数として正確な期待値と測定確率(回転角、測定結果、ノイズレート)を計算する。 このシミュレータは測定結果をサンプリングすることができ、回路構成が事前の測定出力に依存する動的量子プログラムのシミュレーションを可能にする。 QECでは、回路レベル最大値の復号を行い、論理誤差率の正確な記号表現を提供し、耐故障性(FT)安定化器とマジック状態準備プロトコルの故障距離を検証する。 これらの特徴はスタビライザシミュレータの直感的な拡張によって実現され、それぞれの非クリフォード・パウリ回転と非コヒーレント・パウリチャネルは補助量子ビットと修正されたトレースによってコンパクトに表現される。 状態を表現するには多項式メモリと時間しか必要とせず、計算期待値と測定確率は、非クリフォード回転数と決定論的測定数において指数関数的な時間を要するが、多項式メモリのみである。 魔法状態培養の第1段階を含む安定化剤および魔法状態のFT製剤を近似なしで分析する。 また、一般マルチキュービットパウリチャネルの解離誤差確率を独立チャネルに変換することも、検出誤差モデルの作成とサンプリングの鍵となるステップである。 コードは公開されており、オープンソースである。

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