論文の概要: Modular fault-tolerant quantum computing on a non-CSS code

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.22572v1
• Date: Fri, 18 Sep 2026 20:49:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-22 20:29:00.462542
• Title: Modular fault-tolerant quantum computing on a non-CSS code
• Title（参考訳）: 非CSS符号上のモジュラフォールトトレラント量子コンピューティング
• Abstract要約: 非Carlderbank-Shor-Steane符号を用いて、モジュラーフォールトトレラントな普遍量子コンピューティングに必要な全ての論理演算を初めて実装する。 この符号は、量子誤り訂正(QEC)符号としては最小であり、任意の単一ビット誤りを修正することができる。 論理状態のテレポーテーションと、普遍的な論理制御に必要なフォールトトレラント操作の完全なスイートを実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 32.201424823050274
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Modularization promises to break down the design and implementation complexity of large scale quantum processors into smaller manageable subtasks. In this approach, quantum channels, realized for instance through physical rerouting of qubits or quantum teleportation, connect multiple modules. Each of those modules hosts a subset of qubits, e.g. multiple logical qubits, and provides quantum operations on them. In this work, we implement for the first time all logical operations required for modular fault-tolerant universal quantum computing with a non-Calderbank-Shor-Steane (CSS) code, the perfect $[[5, 1, 3]]$ code, on a trapped-ion quantum computer. This code is the smallest quantum error-correcting (QEC) code capable of correcting any single-qubit error, making it a compact alternative to larger CSS codes. We demonstrate logical state teleportation and a full suite of fault-tolerant operations required for universal logical control, including logical state preparation, QEC with real-time feedback, logical measurements, magic-state preparation, logical entangling operations, and magic-state injection. Moreover, we characterize the logical spectator error picked up by idling logical qubits during quantum operations on distinct qubit registers and demonstrate a logical Pauli quantum process tomography that minimizes required sampling resources for logical tomography.
• Abstract（参考訳）: モジュール化は、大規模量子プロセッサの設計と実装の複雑さを、より小さな管理可能なサブタスクに分解することを約束する。 このアプローチでは、量子チャネルは、例えば量子ビットの物理的再帰や量子テレポーテーションを通じて実現され、複数のモジュールを接続する。 それぞれのモジュールは量子ビットのサブセット、例えば複数の論理量子ビットをホストし、それらに量子演算を提供する。 本研究では,非Carlderbank-Shor-Steane (CSS) 符号によるモジュラーフォールトトレラントな普遍量子コンピューティングに必要な全ての論理演算を,完全に$[5, 1, 3] のコードで実装した。 このコードは、単一ビットエラーを修正できる最小の量子エラー訂正(QEC)コードであり、より大きなCSSコードに代わるコンパクトな代替となる。 論理状態テレポーテーションと、論理状態準備、リアルタイムフィードバック付きQEC、論理状態測定、マジック状態準備、論理エンタングリング操作、マジック状態注入を含む、普遍的論理制御に必要な完全なフォールトトレラント操作を実証する。 さらに、異なる量子ビットレジスタ上での量子演算において、論理量子ビットをアイリングする論理量子ビットの誤差を特徴づけ、論理トモグラフィに必要なサンプリング資源を最小限に抑える論理的パウリ量子プロセストモグラフィーを実証する。

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