論文の概要: Barbell Codes: qLDPC Codes for Superconducting Quantum Hardware
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.06062v1
- Date: Thu, 04 Jun 2026 12:01:24 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-06 06:55:34.661087
- Title: Barbell Codes: qLDPC Codes for Superconducting Quantum Hardware
- Title（参考訳）: Barbell Codes: 超伝導量子ハードウェアのためのqLDPCコード
- Authors: Shin Ho Choe, Vincent Steffan, Florian Vigneau, Pedro Parrado-Rodríguez, Hsiang-Sheng Ku, Martin Leib, Francisco Revson Fernandes Pereira, Fedor Šimkovic,
- Abstract要約: 我々は,要求される2ビットの相互作用をすべてサポートする,現実的なチップレイアウトを伴って,qLDPCの"バーベル"コード群を紹介する。
論理量子ビットあたりのデータキュービットあたり30ドルというわずかなオーバーヘッドがあるため、バーベル符号は数兆のQECサイクルに対して10～4ドルという物理的ノイズ強度で情報を保存できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.8712862578745018
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The major challenge on the way to fault-tolerant quantum computing comes from the insufficient quality of hardware components and the difficulty of scaling their number without further compromising fidelity. Quantum Low-Density Parity-Check (qLDPC) codes offer a promising solution by encoding logical qubits with low overhead and at a comparatively high code distance. However, it remains an open question how to scalably implement efficient qLDPC codes on fixed-connectivity quantum chips without increasing hardware complexity to enable the non-local interactions in their underlying QEC cycles. We resolve this challenge for the first time by introducing a family of qLDPC "barbell" codes accompanied by a realistic chip layout that natively supports all required two-qubit interactions. Crucially, the hardware complexity required to implement barbell codes remains constant as code distance increases. We provide a detailed investigation into the feasibility of all required hardware components and simulate a specific family of barbell codes against circuit-level noise. We find that, with a modest overhead of $<30$ data qubits per logical qubit, barbell codes can preserve information at a physical noise strength of $10^{-4}$ for several trillion QEC cycles. Simulations of logical multi-Pauli measurements, performed with circuits tailored to the chip, yield similar logical performance per QEC round, indicating that entangling gates between logical qubits in barbell codes can be realized fault-tolerantly.
- Abstract（参考訳）: フォールトトレラントな量子コンピューティングへの道のりにおける大きな課題は、ハードウェアコンポーネントの品質の不足と、その数値をさらなる忠実さを損なうことなくスケールすることの難しさにある。
qLDPC(Quantum Low-Density Parity-Check)符号は、論理量子ビットを低オーバーヘッドで比較的高いコード距離で符号化することで、有望な解を提供する。
しかし、ハードウェアの複雑さを増大させ、基礎となるQECサイクルにおける非局所的な相互作用を可能にすることなく、固定接続量子チップ上で効率的なqLDPCコードをどのように実装するかは、未解決の問題である。
我々は,要求される2量子ビットのインタラクションをすべてネイティブにサポートする,現実的なチップレイアウトを伴って,qLDPCの"バーベル"コード群を導入することで,この課題を初めて解決する。
重要なことに、バーベルコードを実装するのに必要なハードウェアの複雑さは、コード距離が増加するにつれて一定である。
本稿では,必要なハードウェア部品のすべての実現可能性について詳細に検討し,回路レベルのノイズに対して特定のバーベル符号をシミュレートする。
論理量子ビットあたりのデータキュービットあたり$<30$のオーバーヘッドでは、バーベル符号は数兆のQECサイクルに対して10−4$の物理的ノイズ強度で情報を保存できる。
論理的マルチパウリ測定のシミュレーションは、チップに合わせた回路を用いて行われ、QECラウンド毎に同様の論理的性能が得られ、バーベル符号における論理的キュービット間のゲートの絡み合わせが耐障害性に実現可能であることを示唆している。
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