論文の概要: Fault-Tolerant Logical Operations and Efficient State Preparation in Modular Quantum Architectures with Noisy Interfaces
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.27204v1
- Date: Wed, 29 Jul 2026 17:59:57 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-30 21:06:25.781833
- Title: Fault-Tolerant Logical Operations and Efficient State Preparation in Modular Quantum Architectures with Noisy Interfaces
- Title（参考訳）: ノイズインタフェースを有するモジュール量子アーキテクチャにおけるフォールトトレラント論理演算と効率的な状態生成
- Abstract要約: 本稿では,QPUの耐故障閾値をわずかに下げるだけで,QPUの耐音性能はQPUの耐音性能よりも1桁も高くなることを示す。
我々は,障害耐性論理的GHZ状態を作成するためのプロトコルを開発し,オーバーヘッド,時間,非局所ベルペア消費量を削減した。
この結果から,分散量子エラーがモジュラアーキテクチャにおけるスケーラブルでフォールトトレラントな量子計算を可能にすることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.12314765641075438
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Modular quantum computing is a leading paradigm for scaling quantum computation beyond the resource limitations of monolithic devices. In this architecture, multiple quantum processing units (QPUs), employing identical or distinct qubit modalities, are interconnected via shared entanglement. Here, we investigate how errors at module interfaces and within individual QPUs affect fault-tolerant computation when qubits are encoded using the rotated surface code. Going beyond the logical-memory benchmark, we perform circuit-level simulations of fault-tolerant nonlocal CNOT gates implemented via lattice surgery between QPUs connected by noisy Bell pairs, and analyze the resulting logical error rates. Our results show that interfaces can tolerate noise up to an order of magnitude higher than intra-QPU noise, with only a minor reduction in the fault-tolerance threshold. We further develop an efficient protocol for preparing distributed fault-tolerant logical GHZ states, reducing ancilla overhead, time, and nonlocal Bell-pair consumption. We show that ancilla minimization in this setting is equivalent to a vertex-cover problem on an associated graph, and introduce a polynomial-time heuristic algorithm for finding low-overhead solutions. Our results provide quantitative evidence that distributed quantum error correction can enable scalable, fault-tolerant quantum computation in modular architectures.
- Abstract（参考訳）: モジュール量子コンピューティングは、モノリシックデバイスのリソース制限を超えて量子計算をスケールするための主要なパラダイムである。
このアーキテクチャでは、同一または異なる量子ビットのモダリティを利用する複数の量子処理ユニット(QPU)が共有絡みによって相互接続される。
そこで本研究では,モジュールインタフェースおよび個々のQPUにおけるエラーが,キュービットを回転した曲面コードを用いて符号化した場合のフォールトトレラント計算に与える影響について検討する。
論理メモリベンチマークを超越して、ノイズベルペアで接続されたQPU間の格子手術により実装されたフォールトトレラント非局所CNOTゲートの回路レベルシミュレーションを行い、その結果の論理誤差率を解析する。
以上の結果から,QPUの耐故障閾値をわずかに下げるだけで,QPUの耐音性能はQPUの耐音性能よりも一桁も高くなることが示唆された。
さらに、分散フォールトトレラントな論理GHZ状態を作成するための効率的なプロトコルを開発し、アンシラオーバーヘッド、時間、非局所ベルペア消費を削減する。
この設定におけるアンシラ最小化は、関連するグラフ上の頂点被覆問題と等価であることを示し、低オーバーヘッド解を求める多項式時間ヒューリスティックアルゴリズムを導入する。
この結果から,分散量子誤り訂正がモジュラーアーキテクチャにおけるスケーラブルでフォールトトレラントな量子計算を可能にすることを示す。
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