論文の概要: Practical gates by Majorana fermion motion

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.03916v1
• Date: Tue, 02 Jun 2026 17:10:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-03 22:00:05.200653
• Title: Practical gates by Majorana fermion motion
• Title（参考訳）: マヨラナフェルミオン運動による実用ゲート
• Authors: Yuri D. Lensky, Bryce Kobrin, Kostyantyn Kechedzhi, Igor Aleiner,
• Abstract要約: 量子エラー訂正プロトコルは、論理情報を非局所的に保存することにより、局所的なエラーを防止する。 これは、非ローカルな隠れた'論理情報に基づいて効率的な論理ゲートを設計する方法という課題を提起する。 マヨラナフェルミオン(Majorana fermions)と呼ばれる点状粒子の観点から、平面パウリ安定化符号と論理演算のためのプロトコルの一般的な記述を開発する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.06612719736831829
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum error correction protocols protect against local errors by storing logical information non-locally. This poses a challenge: how to design efficient logical gates on the non-local ``hidden'' logical information, and how to implement these gates using the local physical operations. We develop a general description of planar Pauli stabilizer codes and protocols for logical operations in terms of point-like particles called Majorana fermions. Information is stored in the pairwise fermion parities of spatially separated Majorana fermions. The description in terms of Majorana fermions captures not only large distance asymptotics, but also all scales down to the lattice constants. We exploit this locality to densely pack logical information in spacetime. The simplest application is to a static case: dense memory. More importantly, we implement fault-tolerant Majorana motion and leverage this primitive to design braiding-based logical gates. This approach reduces space overhead of logical operations resulting in an improved logical error rate given fixed number of physical qubits. We illustrate a practical use of our approach by designing and benchmarking of 2-qubit Clifford gates. We find numerically that our protocol outperforms lattice surgery in this setting for near-term error rates and realistic device constraints. More generally, introduction of compact motion of Majorana fermions as an efficient computational primitive opens a promising new route for the design of low overhead error correction protocols.
• Abstract（参考訳）: 量子誤り訂正プロトコルは、論理情報を非局所的に記憶することで局所的エラーを防止する。 これは、非ローカルな ``hidden'' 論理情報に基づいて効率的な論理ゲートを設計する方法と、ローカルな物理操作を使ってこれらのゲートを実装する方法という課題を提起する。 マヨラナフェルミオン(Majorana fermions)と呼ばれる点状粒子の観点から、平面パウリ安定化符号と論理演算のためのプロトコルの一般的な記述を開発する。 情報は、空間的に分離されたMajoranaフェルミオンのペアのフェルミオンパリティに格納される。 マヨラナフェルミオンの表現は、大きな距離の漸近性だけでなく、格子定数までスケールダウンする。 この局所性を利用して、時空の論理情報を密にパックする。 最も単純なアプリケーションは静的なケースです。 さらに、フォールトトレラントなMajorana動作を実装し、このプリミティブを利用してブレイディングベースの論理ゲートを設計する。 このアプローチは論理演算の空間オーバーヘッドを減らし、物理量子ビットの固定数に応じて論理誤差率を改善する。 2量子クリフォードゲートの設計とベンチマークにより,本手法の実用化について述べる。 本手法は, 短期的誤差率と現実的なデバイス制約に対して, 格子式手術より優れていることが判明した。 より一般的には、効率的な計算プリミティブとしてマヨラナフェルミオンのコンパクトな運動を導入することで、低オーバーヘッド誤り訂正プロトコルの設計に期待できる新しい経路が開かれる。

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