論文の概要: Fault-tolerant $|\sqrt{ \mathrm{T} }\rangle$ state preparation and injection for more efficient fine-grained quantum circuit synthesis
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.25797v1
- Date: Wed, 26 Aug 2026 13:48:38 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-27 14:15:15.845437
- Title: Fault-tolerant $|\sqrt{ \mathrm{T} }\rangle$ state preparation and injection for more efficient fine-grained quantum circuit synthesis
- Title（参考訳）: フォールトトレラント $|\sqrt{ \mathrm{T} }\rangle$状態調製とより効率的な量子回路合成のためのインジェクション
- Abstract要約: 我々は,3次元四面体カラーコード上に,論理的な$|sqrtmathrmTラングル$マジック状態を作成するためのフラグフォールトトレラントプロトコルを導入する。
sqrtmathrmT$へのアクセスは、Haar-random単一量子ユニタリを合成する平均時空間コストを約20ドルから30ドル程度削減する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9744114320491685
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Magic-state injection is a standard route to realize universal fault-tolerant quantum computation. Whereas the set of Clifford gates in combination with the non-Clifford T gate is a widely used universal gate set, extending the available set of non-Clifford primitives can reduce compilation overhead, provided that the additional primitives can be prepared fault-tolerantly with competitive resource costs and at sufficiently low logical noise rates. In this work, we introduce flag fault-tolerant protocols for preparing logical $|\sqrt{\mathrm{T}} \rangle $ magic states on the 3D tetrahedral color code and its smaller morphed variant. Our simulations under circuit-level noise verify fault tolerance, quantify acceptance and logical error rates, and we reconstruct the effective logical channels of the corresponding circuits for gate injection via logical process tomography. We find that access to $\sqrt{\mathrm{T}}$ reduces the average space-time cost of synthesizing Haar-random single-qubit unitaries by approximately $20$-$30$% relative to the Clifford+T gate set across practically relevant approximation regimes. These results demonstrate how expanding the set of fault-tolerant non-Clifford primitives can improve computational efficiency and broaden the design space for universal quantum computation in the early fault-tolerant era.
- Abstract（参考訳）: マジックステートインジェクションは、普遍的なフォールトトレラント量子計算を実現するための標準ルートである。
非クリフォードゲートと組み合わされたクリフォードゲートの集合は広く使われる普遍ゲート集合であるが、非クリフォードプリミティブの集合を拡張すればコンパイルオーバーヘッドを低減できる。
本稿では,3次元四面体カラーコードとそのより小さな変形変種に対して,論理的$|\sqrt{\mathrm{T}} \rangle $マジック状態を作成するためのフラグフォールトトレラントプロトコルを提案する。
回路レベルのノイズ下でのシミュレーションでは, 耐故障性を確認し, 受入率と論理誤差率を定量化し, 論理プロセストモグラフィーによるゲートインジェクションの有効な論理チャネルを再構築する。
すると、$\sqrt{\mathrm{T}}$へのアクセスは、実際に関連する近似系に設定されたクリフォード+Tゲートに対して、Haar-random単一量子ユニタリを合成する平均時空コストを約20-30$%削減する。
これらの結果は、フォールトトレラントな非クリフォードプリミティブの集合の拡大が計算効率を向上し、初期のフォールトトレラント時代の普遍量子計算のための設計空間を拡大することを示した。
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