論文の概要: Scalable Exact Non-Pauli Noise Simulation for Fault-Tolerant Quantum Circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.15975v1
- Date: Sun, 11 Oct 2026 23:18:56 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-19 08:13:46.580568
- Title: Scalable Exact Non-Pauli Noise Simulation for Fault-Tolerant Quantum Circuits
- Title（参考訳）: フォールトトレラント量子回路のための拡張性非パウリノイズシミュレーション
- Abstract要約: フォールトトレラント量子設計は、数十から数千の物理量子ビットと大きな回路深さを持つノイズ量子誤り補正(QEC)回路に依存している。
これらのシミュレータは通常、クリフォードゲートとパウリノイズのみをサポートする。
現実雑音の正確なQECシミュレーションのための準最適化法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3353656840889327
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Fault-tolerant quantum design relies on simulating noisy quantum error correction (QEC) circuits with hundreds to thousands of physical qubits and large circuit depths. High-throughput stabilizer simulators, such as Stim, are the de facto tools for this regime. However, these simulators typically support only Clifford gates and stochastic Pauli noise. As a result, more realistic device noise models-such as coherent control errors and thermal relaxation-are often approximated using Pauli Twirling. This replacement offers speed but can introduce inaccuracies. To address this, we propose QuasiStim for scalable exact QEC simulation of realistic noise, with QuasiFold as a compiler frontend and DeltaFrame as a sampling backend. QuasiFold lowers sampling overhead by merging equivalent non-Pauli sites in the quantum circuit. DeltaFrame samples the resulting stabilizer trajectories by reusing precomputed predicted references instead of resimulating the full tableau for each shot. QuasiFold can reduce the number of shots by over $100\times$ on bivariate-bicycle (BB) codes. Compared to a per-shot tableau simulator, DeltaFrame is $166\times$--$1331\times$ faster on rotated surface-code memory under coherent $R_Z$ noise as $d$ grows from 5 to 35. QuasiStim also makes the PTA bias measurable: the gap is non-negligible and varies with noise strength, decoder, and circuit schedule. QuasiStim will be open-sourced upon publication at https://github.com/isaachyw/QuasiStim
- Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子設計は、数百から数千の物理量子ビットと大きな回路深さを持つノイズ量子誤り補正(QEC)回路をシミュレートすることに依存する。
Stimのような高スループット安定化器シミュレータはこの方式のデファクトツールである。
しかし、これらのシミュレータは通常クリフォードゲートと確率的なパウリノイズのみをサポートする。
その結果、コヒーレント制御誤差や熱緩和などのより現実的なデバイスノイズモデルは、しばしばPauli Twirlingを用いて近似される。
この代替品は速度を提供するが、不正確性を導入することができる。
そこで本研究では,QuasiFoldをコンパイラフロントエンド,DeltaFrameをサンプリングバックエンドとして,現実的なノイズのスケーラブルなQECシミュレーションを実現するために,QuasiStimを提案する。
QuasiFoldは、量子回路における等価な非パウリサイトをマージすることでサンプリングオーバーヘッドを下げる。
DeltaFrameは、各ショットの完全なテーブルーを再現する代わりに、事前に計算された予測された参照を再利用することで、結果の安定化器の軌道をサンプリングする。
QuasiFoldは、二変量自転車(BB)コードで100\times$以上のショット数を削減できる。
ショット当たりのテーブルーシミュレータと比較すると、DeltaFrameは166\times$--$1331\times$をコヒーレントな$R_Z$ノイズの下で回転した表面コードメモリで高速化する。
QuasiStimはPTAバイアスの測定も可能で、ギャップは無視不可能であり、ノイズ強度、デコーダ、回路スケジュールによって変化する。
QuasiStimはhttps://github.com/isaachyw/QuasiStimで公開される。
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