論文の概要: Quantum error correction at ultra-low overhead

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.02773v1
• Date: Mon, 03 Aug 2026 18:13:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-05 15:30:22.914505
• Title: Quantum error correction at ultra-low overhead
• Title（参考訳）: 超低オーバーヘッドでの量子誤差補正
• Authors: Zhide Lu, Weikang Li, Dong-Ling Deng,
• Abstract要約: 大規模な量子コンピューティングにとって、エラーの抑制が中心的な課題である。 実用的でハードウェア効率のよい量子低密度パリティチェック符号のファミリーであるCornucopia符号を紹介する。 結果は、短期量子プロセッサの範囲内で超低オーバーヘッドの量子エラー補正のデモンストレーションをもたらす。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Suppressing errors is the central challenge for useful large-scale quantum computing. While quantum error correction promises a viable solution to this challenge, existing codes typically suffer from trade-offs among encoding efficiency, error threshold, and hardware feasibility. Here, we introduce Cornucopia codes, a family of practical, hardware-efficient quantum low-density parity-check codes that achieve an ultra-high encoding rate exceeding $1/2$ while maintaining a pseudo-threshold exceeding $0.4\%$ under the standard circuit-level noise model. Inspired by recent affine-permutation-based code constructions and the long-range connectivity available in reconfigurable neutral-atom arrays, we adopt a structured code geometry in which the code layout, atom rearrangement, and syndrome-extraction schedule are co-designed. This structure enables nonlocal syndrome measurements through simple, parallel atom rearrangements. A complete syndrome extraction cycle measures all $X$- and $Z$-type checks in parallel with $12$ entangling layers, independent of the code size. The resulting threshold is comparable to those of the surface code and bivariate bicycle codes. In particular, a single code block $[[2844,1426,18]]$ encodes $1{,}426$ distance-$18$ logical qubits, achieving an extrapolated logical error rate of $2.6\times10^{-16}$ ($1.9\times10^{-31}$) per logical qubit per cycle, assuming the physical error rate of $0.1\%$ ($0.01\%$). By comparison, a bivariate bicycle code implementation would require more than $68{,}000$ physical qubits to encode the same number of logical qubits at a comparable logical error rate. These results bring demonstrations of ultra-low overhead quantum error correction within the reach of near-term quantum processors.
• Abstract（参考訳）: 大規模な量子コンピューティングにとって、エラーの抑制が中心的な課題である。 量子エラー訂正はこの課題に対して実行可能な解決策を約束するが、既存のコードはエンコーディング効率、エラー閾値、ハードウェアの実現可能性のトレードオフに悩まされるのが普通である。 ここではCornucopia符号を紹介する。Cornucopia符号は、実用的でハードウェア効率のよい量子低密度パリティチェック符号のファミリーであり、標準回路レベルのノイズモデルの下で擬似閾値を0.4\%以上維持しながら、超高符号化レートが1/2ドルを超える。 近年のアフィン置換に基づくコード構築と、再構成可能な中性原子配列で利用可能な長距離接続に着想を得て、コードレイアウト、原子再構成、シンドローム抽出スケジュールを共同設計した構造化コード幾何を採用した。 この構造は、単純で平行な原子再構成を通じて非局所的なシンドローム測定を可能にする。 完全なシンドローム抽出サイクルは、コードサイズに依存しない12ドルの層と並行して、X$-とZ$-型のチェックをすべて計測する。 その結果得られた閾値は、表面符号と二変量自転車符号のしきい値に匹敵する。 特に、1つのコードブロック $[[2844,1426,18]]$ encodes $1{,}426$ distance-18$ logic qubits をエンコードし、1サイクルあたりの論理 qubit あたり 2.6\times 10^{-16}$ (1.9\times 10^{-31}$) を外挿した論理 qubits の論理 qubits の物理誤差率$0.1\%$ (0.01\%$) を達成する。 比較すると、2変数の自転車コードの実装は、論理的誤り率で同じ数の論理的量子ビットをエンコードするために6,8{,}000$以上の物理量子ビットを必要とする。 これらの結果は、短期量子プロセッサの範囲内で超低オーバーヘッドの量子エラー補正のデモンストレーションをもたらす。

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