論文の概要: Resilience Beyond the Light Cone: Error-Detected Primitives for Practical Dynamic Circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.08925v1
- Date: Tue, 08 Sep 2026 15:50:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-11 15:14:09.550817
- Title: Resilience Beyond the Light Cone: Error-Detected Primitives for Practical Dynamic Circuits
- Title（参考訳）: 光円錐の向こうのレジリエンス:実用的なダイナミック回路のためのエラー検出プリミティブ
- Abstract要約: プリミティブのクラスを統一・アップグレードするエラー検出方式を提案する。
また,アダマールテストの深度,誤差検出の少ない実装も導入する。
これらの結果により、現在のハードウェアの実用範囲内において、低深さの動的回路プリミティブが得られる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9239657838690228
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Dynamic circuits, which augment unitary operations with mid-circuit measurements and classical feedforward, can generate long-range entanglement in constant depth, enabling low-depth primitives ranging from nontrivial state preparation to many-qubit entangling gates. Escaping the light-cone constraints of unitary circuits, however, comes at a cost: these primitives typically require a number of mid-circuit measurements that scales with system size and that, together with feedforward latency, can introduce errors that degrade the long-range entanglement they rely on. Here, we alleviate this tension by showing that many such primitives, when cast into a common framework, admit an error-detection scheme that trades infidelity for postselection overhead with no additional ancillas. Our framework thus unifies and upgrades a broad class of primitives including fan-out gates, multi-qubit Pauli rotations, the preparation of W and higher-weight Dicke states, and certain non-normal matrix product states. We also introduce a reduced-depth, error-detected implementation of the Hadamard test, extending the use cases of dynamic circuits to a key algorithmic primitive. Finally, we establish the practical utility of our scheme through experiments on a superconducting quantum processor. We demonstrate the error-detected preparation of a long-range entangled Bell pair spanning a 100-qubit chain with fidelity $F=0.59\pm0.02$, surpassing the entanglement-certification threshold $F>0.5$ that the baseline dynamic-circuit implementation fails to reach ($0.39\pm0.01$). Separately, we demonstrate constant-depth preparation of W states of up to 20 qubits by consuming GHZ states of up to 40 qubits, finding absolute fidelity improvements of $ΔF\approx 0.2$ across the largest sizes studied. Altogether, these results bring low-depth dynamic-circuit primitives within practical reach on present-day hardware.
- Abstract（参考訳）: 中間回路の測定と古典的なフィードフォワードによるユニタリ演算を増強する動的回路は、一定の深さで長距離の絡み合いを発生させ、非自明な状態準備から多ビットの絡み合いゲートまで、低深さのプリミティブを可能にする。
しかし、ユニタリ回路の光円錐制約を逃れるにはコストがかかる:これらのプリミティブは通常、システムサイズに合わせてスケールする多くの中間回路計測を必要とし、フィードフォワード遅延とともに、依存する長距離の絡み合いを低下させるエラーを起こす。
ここでは、このようなプリミティブの多くが、共通のフレームワークにキャストされると、追加のアンシラなしで、ポストセレクションのオーバーヘッドに対して不忠実さを交換するエラー検出スキームを認めることで、この緊張を緩和する。
したがって、我々のフレームワークはファンアウトゲート、マルチキュービットパウリ回転、Wおよび高重ディック状態の準備、およびある種の非正規行列積状態を含む幅広いプリミティブのクラスを統一し、アップグレードする。
また,Hadamardテストの深度,誤差検出による実装を導入し,動的回路の使用事例を重要なアルゴリズムプリミティブに拡張する。
最後に,超伝導量子プロセッサの実験を通じて提案手法の実用性を確立する。
本研究は,100量子ビット鎖に忠実度が$F=0.59\pm0.02$にまたがる長距離エンタングルドベル対を,ベースラインの動的サーキット実装が$0.39\pm0.01$に到達しないようなエンタングル化しきい値である$F>0.5$を超え,誤差検出された準備を実証するものである。
また,最大20キュービットのW状態に対して,最大40キュービットのGHZ状態を消費し,最大サイズで$ΔF\approx 0.2$の絶対忠実度向上を見出した。
これらの結果は、現在のハードウェアの実用範囲内に、低深さの動的回路プリミティブをもたらす。
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