論文の概要: Provably Efficient Self-Calibrating Quantum Fault Tolerance

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.05686v1
• Date: Thu, 06 Aug 2026 07:22:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-07 15:25:20.839777
• Title: Provably Efficient Self-Calibrating Quantum Fault Tolerance
• Title（参考訳）: 自己校正型量子フォールトトレランス
• Abstract要約: 量子エラー補正は、物理演算がフォールトトレランスしきい値以下である場合にのみ論理情報を保護する。 我々は自己校正型量子フォールトトレランスの理論的枠組みを確立する。 その結果, 自己校正型フォールトトレランスは, 同じシンドローム測定が論理情報を同時に保護し, 基盤となるハードウェアを安定させる, 証明可能なパラダイムとして確立された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.3230675313521716
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum error correction protects logical information only when every physical operation remains below the fault-tolerance threshold, a condition that must be maintained continuously rather than only at the initial calibration. In practice, however, analog control parameters inevitably drift because of environmental fluctuations. As future fault-tolerant quantum computations are expected to run for days or even months, interrupting computation for repeated recalibration becomes fundamentally impractical. A promising alternative is to integrate calibration directly into computation by repurposing syndrome measurements as a calibration signal (Sivak et al, Nature 2026), but whether such self-calibration can be achieved with provable efficiency remains an open question. Here we establish a theoretical framework for self-calibrating quantum fault tolerance. We prove that, for a broad class of control-induced errors, the detection rate defines a locally strongly convex surrogate objective for analog calibration with high probability. This geometric property enables efficient online optimization using only syndrome measurements collected during normal error correction. We prove convergence to an $\varepsilon$ detection rate within $O(1/\varepsilon^2)$ epochs for time-independent drifts and also establish guarantees for time-dependent drifts. We further show that the convergence rate is independent of the code distance for quantum low-density parity-check (LDPC) codes. Pulse-level simulations of neutral-atom arrays and large-scale circuit-level Clifford simulations confirm these theoretical predictions. Our results establish self-calibrating fault tolerance as a provably efficient paradigm in which the same syndrome measurements simultaneously protect logical information and stabilize the underlying hardware.
• Abstract（参考訳）: 量子誤り訂正は、全ての物理演算がフォールトトレランスしきい値以下である場合にのみ論理的情報を保護する。 しかし、実際には、環境変動のため必然的にアナログ制御パラメータがドリフトする。 将来のフォールトトレラントな量子計算は数日または数ヶ月間実行されると予想されるため、繰り返し再校正の計算を中断することは基本的に非現実的となる。 キャリブレーションをキャリブレーション信号(Sivak et al, Nature 2026)として再利用することで直接計算にキャリブレーションを統合するという有望な方法もあるが、そのような自己校正が証明可能な効率で達成できるかどうかは未解決のままである。 ここでは,自己校正型量子フォールトトレランスの理論的枠組みを確立する。 広い種類の制御による誤差に対して、検出率は、高い確率でアナログキャリブレーションを行うための局所的に強く凸な代理目的を定義することを証明している。 この幾何学的特性は、正常な誤り訂正時に収集されたシンドローム測定のみを用いて効率的なオンライン最適化を可能にする。 我々は、時間非依存ドリフトに対する$O(1/\varepsilon^2)$エポック内の$\varepsilon$検出率への収束を証明し、時間依存ドリフトの保証を確立する。 さらに、収束速度は、量子低密度パリティチェック(LDPC)符号の符号距離とは独立であることを示す。 中性原子アレイと大規模回路レベルのクリフォードシミュレーションのパルスレベルシミュレーションは、これらの理論予測を裏付けるものである。 その結果, 自己校正型フォールトトレランスは, 同じシンドローム測定が論理情報を同時に保護し, 基盤となるハードウェアを安定させる, 証明可能なパラダイムとして確立された。

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