論文の概要: Efficient Fault-Tolerant Ancilla Preparation for Quantum BCH codes via Cyclic Symmetry

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.19471v1
• Date: Tue, 19 May 2026 07:22:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-20 15:03:09.186454
• Title: Efficient Fault-Tolerant Ancilla Preparation for Quantum BCH codes via Cyclic Symmetry
• Title（参考訳）: サイクリックシンメトリーによる量子BCH符号の高効率耐故障アンシラ生成
• Authors: Kohei Yamamoto, Keisuke Fujii,
• Abstract要約: フォールトトレラント量子コンピュータ(FTQC)の実現における大きな課題の1つは、多数の物理量子ビットの要求である。 高いレートと大きなコード距離を提供する量子BCHコードは、未探索の候補を約束している。 本研究では, 低オーバーヘッド蒸留法を設計し, 耐故障性のある回路がどの耐故障性を実現できるかを判断する枠組みを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.453590733843195
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: One of the major challenges in realizing fault-tolerant quantum computers (FTQCs) is the requirement for a large number of physical qubits. To address this issue, high-rate quantum error correcting codes, which efficiently embed logical qubits into physical qubits, have recently attracted considerable attention. Among such codes, quantum BCH codes, which offer both high rates and large code distances, are promising yet underexplored candidates. However, no fault-tolerant ancilla preparation method specialized for this class had been established. We employ a two-stage approach (non-fault-tolerant preparation + entanglement distillation) for ancilla preparation. We then propose a framework for designing low-overhead distillation method that strategically leverages the cyclic symmetry of quantum BCH codes to determine which non-fault-tolerant circuits can successfully produce a fault-tolerant state. Numerical simulations on several high-performance quantum BCH codes up to 127 qubits demonstrate that our method achieves lower spatial overhead and logical error rates than conventional distillation circuits. Furthermore, we evaluated the logical error rates under a circuit-level noise model, and obtained performance benchmarks in realistic settings. This efficient state preparation technique is expected to contribute to the early realization of practical FTQCs, particularly on highly connected quantum platforms such as neutral atom systems.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピュータ(FTQC)の実現における大きな課題の1つは、多数の物理量子ビットの要求である。 この問題に対処するため、論理量子ビットを物理量子ビットに効率的に埋め込む高速量子誤り訂正符号が近年注目されている。 このようなコードの中で、高いレートと大きなコード距離を提供する量子BCH符号は、未探索の候補を約束している。 しかし、この類に特有な耐故障性アンシラの製法は確立されていない。 アンシラ調製には2段階のアプローチ(非耐食性製剤+絡み込み蒸留)を用いる。 次に, 量子BCH符号の循環対称性を戦略的に活用し, 耐故障性のある回路がどの耐故障性を有するかを決定する低オーバーヘッド蒸留法の設計手法を提案する。 127キュービットまでの高速量子BCH符号の数値シミュレーションにより,従来の蒸留回路よりも空間的オーバーヘッドと論理的誤り率の低減が得られた。 さらに,回路レベルのノイズモデルを用いて論理誤差率を評価し,実環境下での性能評価を行った。 この効率的な状態調製技術は、実用的なFTQC、特に中性原子系のような高連結量子プラットフォームの初期実現に寄与することが期待されている。

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