論文の概要: Fault-Tolerant Quantum Computing with Trapped Ions: The Walking Cat Architecture

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.19481v1
• Date: Tue, 21 Apr 2026 14:02:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-22 22:41:49.799038
• Title: Fault-Tolerant Quantum Computing with Trapped Ions: The Walking Cat Architecture
• Title（参考訳）: トラップイオンを用いたフォールトトレラント量子コンピューティング:ウォーキングキャットアーキテクチャ
• Authors: Felix Tripier, Woo Chang Chung, Jacob Young, Safwan Alam, Bryce Bjork, Aharon Brodutch, Finn Lasse Buessen, Nolan J. Coble, Thomas Dellaert, Dmitri Maslov, Martin Roetteler, Edwin Tham, Mark Webster, Min Ye, John Gamble, Andrii Maksymov, J. P. Marceaux, Nicolas Delfosse,
• Abstract要約: トラップイオンデバイスのためのフォールトトレラント量子コンピュータアーキテクチャを提案する。 アーキテクチャのバックボーンは猫工場であり、機械全体に分布する猫の状態を生成する。 100サイト上のハイゼンベルクモデルの量子ハミルトニアンシミュレーションは、1万の物理量子ビットで1ヶ月以内に実行可能であると推定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.566260897511504
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We propose a fault-tolerant quantum computer architecture for trapped-ion devices, which we call the walking cat architecture. Our blueprint includes a compiler, a detailed description of all the quantum error-correction protocols, a micro-architecture, a sufficiently fast decoder, and thorough simulations. The backbone of the architecture is a cat factory, producing cat states distributed throughout the machine, which are consumed to perform logical operations. The walking cat architecture is based entirely on a modern quantum error-correction approach called low-density parity-check (LDPC) codes. We identify promising instances of the walking cat architecture, such as (1) a simple architecture based on a single LDPC code, (2) a fast architecture based on fast logical gates relying on a [[70, 6, 9]] code, equipped with Clifford-frame tracking for any 6-qubit Clifford gate, and (3) a dense architecture based on a [[102, 22, 9]]] code encoding 22 logical qubits per memory block. Our dense architecture provides a design with 110 logical qubits executing about one million T gates per day using only 2,514 physical qubits. We estimate that the quantum Hamiltonian simulation of a Heisenberg model on 100 sites can be executed within one month with 10,000 physical qubits, including all shots required to achieve chemical accuracy, suggesting that such a device could enter the regime of classically intractable physics simulations. Our design relies on hardware components that have been experimentally demonstrated on small devices. We emphasize simplicity over hypothetical performance to facilitate the practical realization of this machine. Based on this approach, we believe that a fault-tolerant quantum computer with hundreds of logical qubits capable of running millions of logical gates can be built in the near term, providing a platform to explore a broad range of applications.
• Abstract（参考訳）: そこで我々は,キャット・アーキテクチャと呼ばれるトラップイオンデバイスに対するフォールトトレラントな量子コンピュータアーキテクチャを提案する。 私たちの青写真には、コンパイラ、全ての量子エラー訂正プロトコルの詳細な記述、マイクロアーキテクチャ、十分に高速なデコーダ、そして完全なシミュレーションが含まれています。 アーキテクチャのバックボーンは猫工場であり、機械全体に分散した猫の状態を生成し、論理的な操作を行うために消費される。 ウォーキング・キャット・アーキテクチャは、LDPC(Low-density parity-check)コードと呼ばれる現代的な量子エラー補正アプローチに基づいている。 例えば,(1)単一LDPCコードに基づく単純なアーキテクチャ,(2)[[70, 6, 9]コードに依存する高速論理ゲートに基づく高速アーキテクチャ,(3)メモリブロックあたり22個の論理キュービットを符号化する[[102, 22, 9]]コードに基づく高密度アーキテクチャなどである。 私たちの密集したアーキテクチャは、110個の論理量子ビットで1日に約100万個のTゲートを実行し、2,514個の物理量子ビットしか使用しない設計を提供します。 100箇所のハイゼンベルク模型の量子ハミルトニアンシミュレーションは、化学的精度を達成するために必要な全てのショットを含む1万個の物理量子ビットで1ヶ月以内に実行可能であると推定し、そのようなデバイスが古典的に難解な物理シミュレーションの体制に入ることを示唆した。 我々の設計は、小型デバイスで実験的に実証されたハードウェアコンポーネントに依存している。 我々は,この機械の実用化を促進するために,仮説的性能よりも単純さを強調した。 このアプローチに基づいて、数百万の論理ゲートを実行できる数百の論理量子ビットを持つフォールトトレラントな量子コンピュータを、近い将来に構築できると考え、幅広い応用を探求するためのプラットフォームを提供する。

関連論文リスト

• Heterogeneous architectures enable a 138x reduction in physical qubit requirements for fault-tolerant quantum computing under detailed accounting [0.0]
  量子コンピュータのハードウェアは、今後10年間で数十万の量子ビットをオンラインにスケールすると予想されている。 量子コンピュータアーキテクチャは、理論的および実験的なQECの進歩にもかかわらず、大きなギャップを被った。 本稿では,タスク固有のハードウェア選択とQEC符号化を組み込んだ完全異種量子コンピューティングアーキテクチャを提案する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2026-04-07T18:00:11Z)
• Exploiting Movable Logical Qubits for Lattice Surgery Compilation [43.290156259065554]
  我々は,論理格子手術CNOTゲートにおいて,移動可能な論理量子ビットをテレポーテーションにより利用することによって,パラダイムシフトを導入する。 数値シミュレーションにより,提案手法は経路回路の深さを大幅に低減できることが示された。 当社のメソッドのオープンソース実装はGitHubで公開されている。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-12-03T19:00:04Z)
• Impacts of Decoder Latency on Utility-Scale Quantum Computer Architectures [1.2099984425168675]
  並列空間と時間ウィンドウの復号法に基づいて,デコーダの遅延を再現する反応時間モデルを構築した。 反応時間に関して論理的マイクロアーキテクチャをどのように最適化できるかを示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-11-13T18:55:10Z)
• Experimental Demonstration of Logical Magic State Distillation [62.77974948443222]
  中性原子量子コンピュータ上での論理量子ビットによるマジック状態蒸留の実験的実現について述べる。 提案手法では,多くの論理量子ビット上で並列に量子演算を符号化し,実行するために動的に再構成可能なアーキテクチャを用いる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-12-19T18:38:46Z)
• Hybrid cat-transmon architecture for scalable, hardware-efficient quantum error correction [32.49461339690516]
  本研究では,ハイブリッドキャットトランスモン量子コンピューティングアーキテクチャの長期的展望について検討する。 消散性猫量子ビットはデータ量子ビットの役割を担い、エラーシンドロームはアシラリートランスモン量子ビットを用いて測定される。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-10-30T18:10:14Z)
• A High Performance Compiler for Very Large Scale Surface Code Computations [38.26470870650882]
  大規模量子誤り訂正のための最初の高性能コンパイラを提案する。 任意の量子回路を格子手術に基づく表面符号演算に変換する。 コンパイラは、物理デバイスのリアルタイム操作に向けられた速度で、ストリーミングパイプラインを使用して数百万のゲートを処理することができる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-02-05T19:06:49Z)
• Logical blocks for fault-tolerant topological quantum computation [55.41644538483948]
  本稿では,プラットフォームに依存しない論理ゲート定義の必要性から,普遍的なフォールトトレラント論理の枠組みを提案する。 資源オーバーヘッドを改善するユニバーサル論理の新しいスキームについて検討する。 境界のない計算に好適な論理誤差率を動機として,新しい計算手法を提案する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-12-22T19:00:03Z)
• Building a fault-tolerant quantum computer using concatenated cat codes [44.03171880260564]
  本稿では,外部量子誤り訂正符号を用いた猫符号に基づくフォールトトレラント量子コンピュータを提案する。 我々は、外符号が繰り返し符号か薄い矩形曲面符号である場合、量子誤差補正を数値的にシミュレートする。 約1,000の超伝導回路部品で、フォールトトレラントな量子コンピュータを構築することができる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-12-07T23:22:40Z)
• Entangling logical qubits with lattice surgery [47.037230560588604]
  10-qubit イオントラップ量子情報処理装置における2つのトポロジカル符号化量子ビット間の格子手術の実験的実現について述べる。 特に、2つの論理量子ビット間の絡み合いを示し、論理状態のテレポーテーションを実装する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-06-04T18:00:09Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。