論文の概要: Low-Overhead Quantum Error Correction with Boundary-Connected Planar Modules

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.03682v1
• Date: Fri, 02 Oct 2026 17:48:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-06 00:14:30.538382
• Title: Low-Overhead Quantum Error Correction with Boundary-Connected Planar Modules
• Title（参考訳）: 境界連結平面モジュールを用いた低オーバヘッド量子誤差補正
• Abstract要約: 量子コンピュータは量子エラー補正を必要とするが、最も広く実装されているアプローチである平面曲面符号は、かなりの物理量子ビットオーバーヘッドを必要とする。 ここでは、量子プロセッサを非局所的なモジュール間接続で管理可能なフラットモジュールに分割することで、自然な解が得られることを示す。 モジュール型シンドローム抽出回路と効率的なニューラルネットワークと整合デコーダを用いて、回路レベルのシミュレーションにより、このモジュール型メモリは、表面コードに比べて物理量子ビットオーバーヘッドを10倍以上削減できることが示された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.977076625070663
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Realizing practical quantum computers requires quantum error correction, but the most widely implemented approach, the planar surface code, demands a substantial physical qubit overhead. Here, we demonstrate that partitioning quantum processors into manageable, flat modules with non-local inter-module connections provides a natural solution. By wiring sparse, static boundary connections between Euclidean planar modules, we construct modular hyperbolic surface and color codes, based on new families of semi-hyperbolic codes. Using modular syndrome extraction circuits and efficient neural network and matching decoders, our circuit-level simulations show that this modular memory design can reduce the physical qubit overhead by tenfold or more compared to the surface code, even under elevated inter-module seam error rates. Projecting to larger system sizes, we find modular codes with encoding rate $k/n=1/16$ and distance $d\geq 22$, exceeding both the rate and distance of the $[[288,12,18]]$ two-gross bivariate bicycle code while using mostly nearest-neighbor gates within planar modules, and implying an over $30\times$ overhead reduction relative to surface codes. We develop fault-tolerant walking circuits for implementing logic via code automorphisms, which we co-design with low-weight, highly symmetrical logical bases and a modular extractor system that is $\approx 4.5\times$ smaller than the code itself. Combining these methods, our modular memory can be used as dense storage in a universal fault-tolerant architecture, unlocking the efficiency of high-rate codes without sacrificing the fabrication advantages of planar modules.
• Abstract（参考訳）: 実用的な量子コンピュータを実現するには、量子エラー補正が必要であるが、最も広く実装されているアプローチである平面曲面符号は、かなりの物理量子ビットオーバーヘッドを必要とする。 ここでは、量子プロセッサを非局所的なモジュール間接続で管理可能なフラットモジュールに分割することで、自然な解が得られることを示す。 ユークリッド平面加群間のスパース、静的境界接続を配線することにより、半双曲符号の新たな族に基づくモジュラー双曲曲面とカラー符号を構築する。 モジュール型シンドローム抽出回路と効率的なニューラルネットワークと整合デコーダを用いて、回路レベルシミュレーションにより、モジュール間シームエラー率の上昇下であっても、このモジュール型メモリ設計は、表面コードに比べて物理量子ビットオーバーヘッドを10倍以上削減できることが示された。 より大きなシステムサイズを投影すると、エンコーディングレートが$k/n=1/16$で距離が$d\geq 22$で、[[288,12,18]$ 2-gross bivariate bike codeのレートと距離を越えながら、最も近い隣のゲートを平面モジュール内で使用し、表面コードと比較して30ドル以上のオーバーヘッド削減を示唆するモジュラコードを見つけます。 我々は,コードオートモーフィズムによる論理実装のためのフォールトトレラントウォーキング回路を開発し,低ウェイトかつ高対称な論理基底と,コード自体よりも小さい$\approx 4.5\timesのモジュラー抽出器システムで設計する。 これらの手法を組み合わせることで、我々のモジュールメモリは普遍的なフォールトトレラントアーキテクチャの高密度ストレージとして利用でき、平面モジュールの製造上の利点を犠牲にすることなく、ハイレートコードの効率を解放できる。

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