論文の概要: Syndrome measurements enable deterministic fault-tolerant $T$ gates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.29890v1
• Date: Thu, 24 Sep 2026 14:36:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-25 21:10:10.020684
• Title: Syndrome measurements enable deterministic fault-tolerant $T$ gates
• Title（参考訳）: シンドローム測定は決定論的フォールトトレラントな$T$ゲートを可能にする
• Abstract要約: 我々は、シンドロームの自由度が論理的非クリフォードゲートを仲介する方法を示す。 非クリフォードゲートは普遍量子計算に必須である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4750231394252795
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Non-Clifford gates are essential for universal quantum computation, yet implementing them fault-tolerantly remains a central challenge for stabilizer codes. Here, we show how a syndrome degree of freedom can mediate a logical non-Clifford gate. Releasing one stabilizer check makes an additional logical qubit available within the encoded data block. Two Pauli rotations, followed by syndrome measurement and Clifford feed-forward, then implement a deterministic logical $T$ gate on every stabilizer code of distance at least two, in a suitable logical basis. During the ideal rotations, the state remains in an intermediate stabilizer code whose distance we determine exactly. For pure codes with a balanced factorization, this distance grows with the original code distance, whereas the maximum weight of the stabilizer generators bounds the intermediate distance from above. We realize the mechanism in two circuits that tolerate a single fault under local stochastic circuit noise: a fixed 22-qubit construction admitting recursive error suppression and a direct Golay-code gate protected by measuring a stabilizer check transported through the non-Clifford rotation, which can recover the unknown encoded state even after rejection. Serial implementations with ancilla reuse, reset, and flexible two-qubit connectivity require at most 33 and 32 physical qubits, respectively. These results establish a general mechanism for logical non-Clifford gates and demonstrate how syndrome measurements and recovery can protect the intermediate evolution of encoded information.
• Abstract（参考訳）: 非クリフォードゲートは普遍的な量子計算には不可欠であるが、フォールトトレラントに実装することは安定器符号の中枢的な課題である。 ここでは、シンドロームの自由度が、論理的非クリフォードゲートを仲介する方法を示す。 1つの安定化器チェックを解除すると、エンコードされたデータブロック内で追加の論理キュービットが利用可能になる。 2つのパウリ回転、続いてシンドローム測定とクリフォードフィードフォワード、次いで決定論的論理的な$T$ゲートを、少なくとも2つの距離の安定符号に対して適切な論理的に実装する。 理想的な回転の間、状態は、距離が正確に決定される中間安定化器符号に残る。 バランスの取れた因数分解を持つ純粋符号の場合、この距離は元の符号距離とともに増大するが、安定化器発生器の最大重みは上から中間距離を束縛する。 局所確率回路雑音下で単一故障を許容する2つの回路の機構は、再帰的エラー抑制を許容する22量子ビット構造と、非クリフォード回転により搬送される安定化器チェックを計測して保護された直接Golay符号ゲートであり、拒絶後も未知の符号化状態を回復することができる。 アンシラの再利用、リセット、フレキシブルな2ビット接続によるシリアル実装は、それぞれ33ビットと32ビットの物理量子ビットを必要とする。 これらの結果は、論理的非クリフォードゲートの一般的なメカニズムを確立し、シンドロームの測定と回復がエンコードされた情報の中間的進化をどのように保護するかを実証する。

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