論文の概要: Efficient fidelity simulation of high-rate magic distillation circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.03605v1
• Date: Fri, 02 Oct 2026 17:05:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-06 00:14:30.500328
• Title: Efficient fidelity simulation of high-rate magic distillation circuits
• Title（参考訳）: 高レートマジック蒸留回路の高効率忠実度シミュレーション
• Abstract要約: 非クリフォードゲートは、ゴッテマン・クニルの定理の下で古典的なシミュラビリティを避けるために不可欠である。 我々はクリフォード階層におけるX, CNOT, 対角ゲートからなる回路のベンチマークのための高精度で効率的な古典的手法を開発した。 シミュレーションアルゴリズムの実用性を実証するために, 高速マジックステート蒸留工場の最適化を行った。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.6971307244620593
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Non-Clifford gates are essential for avoiding classical simulability under the Gottesman-Knill theorem. An error-corrected circuit with non-Clifford gates will therefore be an important element for realizing useful fault-tolerant quantum algorithms. However, accurately understanding the fault-tolerant performance of such circuits faces challenges due to the classical hardness of simulating these circuits. We avoid simulating logical measurements and develop exact and efficient classical methods for benchmarking circuits composed of X, CNOT, and diagonal gates in the Clifford hierarchy, including state and gate teleportation gadgets with feedforward. For circuits with third-level diagonal gates, our benchmarking algorithm efficiently samples syndrome statistics and estimates the output logical fidelity and expectation values of certain Clifford observables, including all Pauli observables. The evaluation of syndrome expectation values also extends to circuits with fourth-level diagonal gates. Our algorithm scales polynomially in the number of physical qubits n and circuit depth T, independent of the number of logical qubits. The benchmarking applications include IQP sampling and magic state preparation/cultivation. We demonstrate the practical utility of our simulation algorithms by using them to optimize high-rate magic state distillation factories based on three copies of a [[27,3,3]] tricycle code.
• Abstract（参考訳）: 非クリフォードゲートは、ゴッテマン・クニルの定理の下で古典的なシミュラビリティを避けるために不可欠である。 したがって、クリフォードゲートを持たない誤り訂正回路は、有用なフォールトトレラント量子アルゴリズムを実現するための重要な要素となる。 しかし、そのような回路の耐故障性能を正確に理解することは、これらの回路をシミュレートする古典的な硬さのために困難に直面している。 我々は論理的測定のシミュレーションを回避し、フィードフォワードによる状態およびゲートテレポーテーションガジェットを含むクリフォード階層におけるX, CNOT, 対角ゲートからなる回路のベンチマークのための正確かつ効率的な古典的手法を開発する。 サードレベルの対角ゲートを持つ回路の場合、ベンチマークアルゴリズムはシンドローム統計を効率的にサンプリングし、パウリ観測値を含む特定のクリフォード観測値の出力論理忠実度と期待値を推定する。 シンドローム予測値の評価は、第4レベルの対角ゲートを持つ回路にも拡張される。 我々のアルゴリズムは論理量子ビットの数に依存しない物理量子ビット数 n と回路深さ T を多項式的にスケールする。 ベンチマークアプリケーションにはIQPサンプリングとマジック状態の準備/培養が含まれる。 我々は,[27,3,3]三サイクル符号の3つのコピーに基づいて,高速なマジックステート蒸留工場を最適化し,シミュレーションアルゴリズムの実用性を実証した。

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