論文の概要: INJEQT: Improved Magic-State Injection Protocol for Fault-Tolerant Quantum Extractor Architectures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.25094v1
• Date: Tue, 28 Apr 2026 00:58:22 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-29 16:49:17.645813
• Title: INJEQT: Improved Magic-State Injection Protocol for Fault-Tolerant Quantum Extractor Architectures
• Title（参考訳）: INJEQT:フォールトトレラント量子エクストラクタアーキテクチャのためのマジックステートインジェクションプロトコルの改良
• Authors: Sayam Sethi, Sahil Khan, Aditi Awasthi, Abhinav Anand, Jonathan Mark Baker,
• Abstract要約: FTQCシステムの設計は、限られたエラー予算と、主に非クリフォードゲートのシーケンシャルな実行によって制約されている。 本研究では,空間効率のよいQEC符号上での普遍的な量子計算を可能にするFTQC設計である抽出器アーキテクチャについて検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.8939699256527276
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Near-term FTQC system designs are constrained by limited error budgets and largely sequential execution of non-Clifford gates. As a result, reducing the number of the most-error prone instructions becomes critical for successful program execution. In this work, we study the extractor architecture, a recently proposed FTQC design that enables universal quantum computation on spatially-efficient QEC codes such as the BB code family. In these architectures, over $90\%$ of the total program error arises from the synthillation process, which involves $\lvert T\rangle$-state preparation and injection to implement non-Clifford gates. We observe that standard Rz synthillation requires multiple sequential $\lvert T\rangle$-state injections, each incurring an inter-module measurements, the most expensive instruction in the architecture, which cumulatively dominate the overall error budget. To address this bottleneck, we propose INJEQT, a $2$-factory design that uses an auxiliary code capable of synthesizing $Rz(θ)$ states with lower error rates. These states are then injected into the extractor modules using only a constant number of inter-module measurements. This approach reduces overall error rates by up to $22\times$. We further reduce the time overhead by a pre-fetching strategy that prepares the Rz states and their correction states in parallel. This approach improves the wall-clock time by up to $13\times$ and reduces the space-time cost by up to $7.2\times$, for an optimal choice of the number of INJEQT factories for each metric. We evaluate INJEQT for multiple state preparation techniques such as distillation, cultivation and STAR, and model the execution times for both lattice surgery-based and transversal CNOT based injections. Our results demonstrate that INJEQT is robust across factory choices and device technologies, enabling more efficient architectural designs for FTQC.
• Abstract（参考訳）: FTQCシステムの設計は、限られたエラー予算と、主に非クリフォードゲートのシーケンシャルな実行によって制約されている。 その結果、プログラム実行を成功させるには、最もエラーの多い命令の数を減らすことが重要となる。 本研究では,BB符号ファミリなどの空間効率の高いQEC符号上での普遍的な量子計算を可能にするFTQC設計である抽出器アーキテクチャについて検討する。 これらのアーキテクチャでは、総プログラムエラーの90\%以上は、Cifford ゲートを実装するための$\lvert T\rangle$-state 準備とインジェクションを含むシンシレーションプロセスから生じる。 標準的なRzシンチレーションには、複数の$\lvert T\rangle$-stateインジェクションが必要です。 このボトルネックに対処するために、より低いエラー率で$Rz(θ)$状態を合成できる補助コードを使用する2ドルのファクトリー設計であるINJEQTを提案する。 これらの状態は、一定数の加群間測定だけを用いて抽出モジュールに注入される。 このアプローチは、全体的なエラー率を最大22\times$に下げる。 我々は、Rz状態とその補正状態を並列に準備するプレフェッチ戦略により、時間オーバーヘッドをさらに削減する。 このアプローチは、壁時計の時間を最大13\times$で改善し、各メートル法でINJEQT工場の数を最適に選択するために、時空のコストを最大7.2\times$で削減する。 InJEQT は蒸留, 培養, STAR などの複数状態調製法で評価され, 格子状手術法と経皮的CNOT 投与法の両方の実行時間をモデル化した。 以上の結果から,INJEQTは工場選択やデバイス技術において堅牢であり,FTQCのより効率的なアーキテクチャ設計を可能にすることが示唆された。

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