論文の概要: Towards Scalable Quaternary Message-Passing Decoding for Quantum Error Correction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.24177v1
• Date: Fri, 22 May 2026 19:57:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-26 19:50:17.724892
• Title: Towards Scalable Quaternary Message-Passing Decoding for Quantum Error Correction
• Title（参考訳）: 量子誤り訂正のためのスケーラブルな第4次メッセージパッシングデコーディングに向けて
• Authors: Boqing Zhang, Henry D. Pfister, Hanwen Yao, Siyuan Niu,
• Abstract要約: この作業は、より原則的で解釈可能なMPデコーディングフレームワークへの一歩を踏み出した。 本研究では,第4次Min-Sumデコーダの脱分極しきい値を示す希釈法を提案する。 X$-noiseの場合、標準的なMSデコーダは、最悪のケースの複雑さを$O(N log2 d)$で、BP-OSDを$d=65$で上回る。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.120106694667796
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The scalability and interpretability of message-passing (MP) decoding, such as (quaternary) Belief Propagation, remain open challenges in quantum error correction. Even for surface codes, arguably the first testbed for decoding methods, studies of improved MP decoders have mostly been restricted to small distances ($d \lesssim 19$). Moreover, the mismatch with established message-passing theory limits the decoder's interpretability, making it unclear whether MP decoding can sustain its effectiveness at large system sizes. This work takes a step toward a more principled and interpretable MP decoding framework, with the goal of making MP-based decoding more reliable and bridging theory and practice. We introduce a dilution method, which allows a quaternary Min-Sum (MS) decoder to exhibit an apparent depolarizing threshold of $16\%$ up to distance $20$, outperforming Minimum-Weight Perfect Matching in finite-length regimes. Notably, for $X$-noise, the standard MS decoder under dilution has worst-case complexity $O(N \log^2 d)$ and outperforms BP-OSD at $d=65$. The observed $\sim 9\%$ threshold may correspond to a true asymptotic threshold. Finally, we give a graph-dilution argument that interprets the success of the dilution method and offers insight into when MP algorithms can genuinely scale. Taken together, these results provide encouraging progress toward scalable and interpretable MP decoding in quantum error correction.
• Abstract（参考訳）: メッセージパッシング(MP)デコーディングのスケーラビリティと解釈可能性、例えば(準)Belief Propagationは、量子エラー訂正においてオープンな課題である。 表面符号でさえ、おそらく最初の復号法のテストベッドであり、改良されたMPデコーダの研究はほとんど小さな距離(d \lesssim 19$)に限定されている。 さらに、確立されたメッセージパッシング理論とのミスマッチはデコーダの解釈可能性を制限するため、MPデコーダが大規模なシステムサイズでその有効性を維持できるかどうかは不明である。 この作業は、より原理的で解釈可能なMPデコーディングフレームワークへの一歩を踏み出し、MPベースのデコーディングをより信頼性が高く、ブリッジング理論と実践を実現することを目的としている。 本研究では,第4次Min-Sum(MS)デコーダの脱分極しきい値が最大20ドルまで 16 % であることを示す希釈法を提案する。 特に、$X$-noiseの場合、希釈中の標準MSデコーダは、最悪のケースの複雑さが$O(N \log^2 d)$で、BP-OSDを$d=65$で上回る。 観測された$\sim 9\%$閾値は真の漸近しきい値に対応するかもしれない。 最後に,解法の成功を解釈し,MPアルゴリズムが真にスケールする際の洞察を与えるグラフ解法について述べる。 これらの結果は、量子誤り訂正におけるスケーラブルで解釈可能なMPデコーディングに向けての促進的な進展をもたらす。

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