論文の概要: Architecting Early Fault Tolerant Neutral Atoms Systems with Quantum Advantage

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.19735v1
• Date: Tue, 21 Apr 2026 17:57:43 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-22 22:41:49.914911
• Title: Architecting Early Fault Tolerant Neutral Atoms Systems with Quantum Advantage
• Title（参考訳）: 量子アドバンテージによる早期耐故障性ニュートラル原子系の構築
• Authors: Sahil Khan, Sayam Sethi, Kaavya Sahay, Yingjia Lin, Jude Alnas, Suhas Kurapati, Abhinav Anand, Jonathan M. Baker, Kenneth R. Brown,
• Abstract要約: 我々は、論理演算を並列化するために中性原子の再構成可能な接続を利用するテレポーテーションに基づくスキームを導入する。 提案手法は,余分な空間コストで抽出器アーキテクチャの3倍の高速化を実現する。 私たちのスピードアップは依然として適用され、成功確率とともに正確な時空コストが報告されます。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.470681946214809
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Recent advancements in neutral atom platforms have enabled exploration of early fault-tolerant (FT) architectures for applications with quantum advantage, such as quantum dynamics simulations. An efficient fault-tolerant architecture has both spatially efficient quantum error correction codes (low qubit overhead), and efficient methodologies (transversal based gates, extractor based gates, etc.) for logical computation, to minimize overall execution time. Achieving the right balance between space and time can be critical for enabling early FT demonstrations of quantum advantage. In this work, we identify bottlenecks in existing spatially efficient schemes, which tend to be very serial, and do not take advantage of unutilized space. We introduce a teleportation-based scheme that leverages the reconfigurable connectivity of neutral atoms to parallelize logical operations. Our approach achieves up to \textbf{$\mathbf{\sim 3 \times}$ speedup} over extractor architectures at no extra space cost and achieves the best spacetime performance among other viable architectures before accounting for external \textit{resource-states}. To rigorously evaluate performance, we construct explicit quantum advantage benchmarks and \textit{simulate} compilation to a fault-tolerant instruction set, including low-level gate scheduling and shuttling patterns, and resource-state nondeterminism. We find that our speedups still apply and report exact space-time cost along with success probabilities, identifying architectures capable of achieving quantum advantage \textbf{with as little as $\mathbf{11,495}$ atoms and a runtime of $\mathbf{\sim 15}$ hours}.
• Abstract（参考訳）: 最近の中性原子プラットフォームの発展により、量子力学シミュレーションのような量子優位性を持つ応用のための早期耐故障性(FT)アーキテクチャの探索が可能になった。 効率的なフォールトトレラントアーキテクチャは、空間的に効率的な量子エラー訂正符号(低キュービットオーバーヘッド)と論理計算のための効率的な方法論(トランスバースベースゲート、抽出器ベースゲートなど)の両方を持ち、全体の実行時間を最小化する。 空間と時間の間の適切なバランスを達成することは、量子優位性の初期のFTデモを可能にするために重要である。 本研究では,空間的に効率のよい既存のスキームのボトルネックを同定するが,これは非常にシリアルであり,未利用空間の利点を生かしていない。 我々は、論理演算を並列化するために中性原子の再構成可能な接続を利用するテレポーテーションに基づくスキームを導入する。 提案手法は,抽出器アーキテクチャに対して,余分なスペースコストを伴わずに,最大で \textbf{$\mathbf{\sim 3 \times}$ speedup} を達成し,外部の \textit{resource-states} を考慮する前に,他の実行可能なアーキテクチャの中で最高の時空性能を達成する。 性能を厳格に評価するために,低レベルゲートスケジューリングやシャットリングパターン,リソース状態の非決定性を含む耐故障性命令セットに対して,明示的な量子優位性ベンチマークと \textit{simulate} コンパイルを構築した。 我々のスピードアップは依然として適用され、成功確率とともに正確な時空コストを報告し、量子優位性を達成することができるアーキテクチャを$\mathbf{11,495}$原子と$\mathbf{\sim 15}$時間で特定する。

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