論文の概要: Suppressing the Erasure Error of Fusion Operation in Photonic Quantum Computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.21475v1
• Date: Thu, 23 Apr 2026 09:33:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-24 14:40:06.415058
• Title: Suppressing the Erasure Error of Fusion Operation in Photonic Quantum Computing
• Title（参考訳）: フォトニック量子コンピューティングにおける核融合操作の消去誤差の抑制
• Authors: Xiangyu Ren, Yuexun Huang, Zhemin Zhang, Yuchen Zhu, Tsung-Yi Ho, Antonio Barbalace, Zhiding Liang,
• Abstract要約: フォトニック量子コンピューティングは、量子計算への有望な経路を提供する。 量子核融合操作は、核融合失敗と核融合消去という2つの主要なエラー源に対して脆弱である。 本稿では,グラフ状態生成時の消去誤差を抑制する符号化手法であるツリーエンコード融合を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 27.632599278683898
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Photonic quantum computing provides a promising route toward quantum computation by naturally supporting the measurement-based quantum computation (MBQC) model. In MBQC, programs are executed through measurements on a pre-generated graph state, whose construction largely depends on probabilistic fusion operations. However, fusion operations in PQC are vulnerable to two major error sources: fusion failure and fusion erasure. As a result, MBQC compilation must account for both error mechanisms to generate reliable and efficient photonic executions. Prior state-of-the-art MBQC compilation, represented by OneAdapt, is designed for all-photonic architectures and mainly focuses on handling fusion failures. Nevertheless, it does not explicitly model fusion erasures induced by photon loss, which can be substantially more damaging than fusion failures. To mitigate fusion erasure errors, we introduce a new MBQC compilation scheme built upon the spin qubit quantum memory. We propose tree-encoded fusion, an encoding strategy that suppresses erasure errors during graph-state generation. We further incorporate this scheme into a compiler framework with algorithms that reduce the execution overhead of quantum programs. We evaluate the proposed framework using a realistic PQC simulator on six representative quantum algorithm benchmarks across multiple program scales. The results show that tree-encoded fusion achieves better robustness than alternative fusion-encoding strategies, and that our compiler provides exponential improvement over OneAdapt. In addition, we validate the feasibility of our approach through a proof-of-concept demonstration on real PQC hardware.
• Abstract（参考訳）: フォトニック量子コンピューティングは、測定ベースの量子計算(MBQC)モデルを自然にサポートすることによって、量子計算への有望な経路を提供する。 MBQCでは、プログラムは前生成グラフ状態の測定によって実行され、その構成は確率的融合操作に大きく依存する。 しかしながら、PQCの核融合操作は、核融合失敗と核融合消去という2つの主要なエラー源に対して脆弱である。 その結果、MBQCコンパイルは、信頼性と効率的なフォトニック実行を生成するためのエラー機構の両方を考慮しなければならない。 OneAdaptに代表される以前の最先端MBQCコンパイルは、全フォトニックアーキテクチャ用に設計されており、主に核融合失敗の処理に重点を置いている。 それでも、光子損失によって引き起こされる核融合の消去を明示的にモデル化することはなく、核融合の失敗よりも相当に損傷を与える可能性がある。 核融合消去誤差を軽減するため,スピン量子ビット量子メモリ上に構築された新しいMBQCコンパイル方式を導入する。 本稿では,グラフ状態生成時の消去誤差を抑制する符号化手法であるツリーエンコード融合を提案する。 さらに、このスキームを、量子プログラムの実行オーバーヘッドを低減するアルゴリズムを備えたコンパイラフレームワークに組み込む。 複数のプログラムスケールにわたる6つの代表量子アルゴリズムベンチマーク上で,現実的なPQCシミュレータを用いて提案手法の評価を行った。 その結果,木コード融合は代替の融合符号化戦略よりも堅牢性が向上し,コンパイラがOneAdaptよりも指数関数的に改善できることが示唆された。 さらに,実際のPQCハードウェア上での概念実証により,本手法の有効性を検証する。

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