論文の概要: Loss-correcting fault-tolerant quantum computing architecture for neutral atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.10079v1
- Date: Wed, 09 Sep 2026 12:01:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-10 19:44:09.009224
- Title: Loss-correcting fault-tolerant quantum computing architecture for neutral atoms
- Title（参考訳）: 中性原子に対するロス補正型フォールトトレラント量子コンピューティングアーキテクチャ
- Abstract要約: ニュートラル原子デコーダアレイは、大規模フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)における主要な量子ビット技術である
このプラットフォーム上の主なエラー源はqubit損失であり、すべての操作と動作に付随する。
標準誤差補正はパウリの誤差を目標としており、損失を補正できないため、ほとんどのFTQC性能解析は直接互換性がない。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.985181251286035
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Neutral-atom arrays are a leading qubit technology for large-scale, fault-tolerant quantum computing (FTQC). A dominant error source on this platform is qubit loss, which accrues with every operation and movement. The presence of loss undermines the promises of existing architectural work. Standard error correction targets stochastic Pauli errors and cannot correct loss, so most FTQC performance analyses are not directly compatible with it. Moreover, compilation and routing decisions, which strongly affect overall loss, are typically optimized against Pauli-error cost models and often remain loss-agnostic, potentially increasing exposure to the loss channel. In this work, we comprehensively model the effect of qubit loss on neutral-atom FTQC and develop a loss-tolerant transversal-gate architecture. We treat loss not as a predetermined error parameter but as a dynamic budget spent across a whole program, allowing us to control it by co-designing layout, compilation, and decoding. We target a physical implementation with no separate storage and entangling zones, eliminating the repeated SLM-AOD handoffs and long-distance shuttling that dominate loss in other layouts. We develop compiler optimizations that maximize gate parallelism while respecting the RF tone budget and AOD bandwidth constraints. Our work couples these with a loss-aware, delayed-erasure decoder and an end-to-end loss-aware magic state cultivation protocol. Overall, we improve accumulated loss per syndrome-extraction round by up to 2.15X against a zoned baseline and reduce logical error rates by over two orders of magnitude versus current architectures. Our framework also informs concrete device targets such as continuous reloading rates, AOD counts, and shuttling trajectory choices. We expect these insights to matter for system architects as neutral-atom hardware scales.
- Abstract（参考訳）: ニュートラル原子配列は、大規模でフォールトトレラントな量子コンピューティング(FTQC)のための主要な量子ビット技術である。
このプラットフォーム上の主なエラー源はqubit損失であり、すべての操作と動作に付随する。
損失の存在は、既存の建築工事の約束を損なう。
標準誤差補正は確率的パウリ誤差を目標とし、損失を補正できないため、ほとんどのFTQC性能解析は直接互換性がない。
さらに、全体的な損失に強く影響するコンパイルとルーティングの決定は、一般的にパウリエラーコストモデルに対して最適化されており、損失に依存しない場合が多く、損失チャネルへの露出が増加する可能性がある。
本研究では、中性原子FTQCに対する量子ビット損失の影響を包括的にモデル化し、損失耐性トランスバーサルゲートアーキテクチャを開発する。
損失を所定のエラーパラメータとしてではなく、プログラム全体にわたって費やした動的予算として扱うことで、レイアウト、コンパイル、デコードの共同設計による制御を可能にします。
別個のストレージやエンタングリングゾーンを持たない物理実装をターゲットとし,SLM-AODハンドオフと長距離シャットリングを繰り返すことで,他のレイアウトの損失を抑える。
我々は、RFトーン予算とAOD帯域幅制約を尊重しながら、ゲート並列性を最大化するコンパイラ最適化を開発する。
当社の作業では、ロスアウェア、遅延エミッションデコーダ、エンド・ツー・エンドのロスアウェア・マジックステート培養プロトコルを併用しています。
総じて、症候群抽出ラウンド当たりの累積損失をゾーン化されたベースラインに対して最大2.15倍改善し、現在のアーキテクチャと比較して2桁以上の論理誤差率を削減した。
我々のフレームワークは、連続的なリロード率、AODカウント、軌道選択のシャットリングなどの具体的デバイスターゲットも通知する。
これらの洞察が、中性原子のハードウェアスケールとしてシステムアーキテクトにとって重要であると期待しています。
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