論文の概要: From NISQ to Fault-Tolerance: Applications and Algorithmic Benchmarks for Spin Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.07210v1
• Date: Mon, 07 Sep 2026 08:28:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-12 01:12:48.203916
• Title: From NISQ to Fault-Tolerance: Applications and Algorithmic Benchmarks for Spin Qubits
• Title（参考訳）: NISQからフォールトトレランスへ:スピン量子の応用とアルゴリズムベンチマーク
• Abstract要約: 交換専用(EO)スピン量子ビット上での量子アルゴリズムの実装のロードマップを提供する。 ハードウェアの成熟度を異なる段階に絞ったアプリケーションや、実現に成功するための要件を定式化するアプリケーションについて検討する。
• 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: Motivated by recent breakthroughs in the development of spin-based quantum processing units based on exchange-only (EO) spin qubits, we provide a roadmap for the implementation of quantum algorithms on the EO platform, ranging from the NISQ to the fault-tolerant era. To provide an algorithm-driven perspective on the scaling of quantum chips, we consider a range of applications targeting different stages of hardware maturity and formulate requirements for a successful realization. We show that the compilation method Parity Twine perfectly complements the hardware's capabilities to perform tasks such as the quantum Fourier transform or QAOA. Furthermore, we describe an error detection technique native to Parity Twine, which EO qubits can leverage in a unique and advantageous way to improve algorithm performance. Finally, since both near-term algorithmic benchmarks and a long-term perspective can be found in digital quantum simulation, we specifically discuss the fermionic fast Fourier transform and the simulation of Fermi-Hubbard models. The latter is explicitly discussed in the context of quantum error correction and a partially fault-tolerant realization. By providing detailed resource estimates and identifying scaling bottlenecks on each level, our work offers a quantitative perspective on EO-based quantum computing and will inform future hardware design choices.
• Abstract（参考訳）: 交換専用(EO)スピン量子ビットに基づくスピンベース量子処理ユニットの開発が近年進展していることから,NISQからフォールトトレラント時代まで,EOプラットフォーム上での量子アルゴリズム実装のロードマップを提供する。 量子チップのスケーリングに関するアルゴリズム駆動の視点を提供するため,ハードウェアの成熟度と,実現のための公式化要件の異なる段階を対象とする,幅広いアプリケーションについて検討する。 本稿では,Parity Twineが量子フーリエ変換やQAOAなどのタスクを実行するハードウェアの機能を完全に補完していることを示す。 さらに,Parity Twineに固有のエラー検出手法について述べる。 最後に,Fermi-Hubbardモデルのフェミオン高速フーリエ変換とFermionic fast Fourier変換について検討した。 後者は量子誤り訂正と部分的にフォールトトレラントな実現という文脈で明確に議論されている。 リソースの詳細な見積を提供し、各レベルでのスケーリングボトルネックを特定することで、EOベースの量子コンピューティングに関する定量的視点を提供し、将来のハードウェア設計選択を通知します。

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