論文の概要: End-to-End Optimization of Partial Fault Tolerance in Neutral-Atom Arrays
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.26471v1
- Date: Mon, 19 Oct 2026 14:18:12 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-23 03:02:30.055737
- Title: End-to-End Optimization of Partial Fault Tolerance in Neutral-Atom Arrays
- Title（参考訳）: 中性原子配列における部分的フォールトトレランスのエンドツーエンド最適化
- Abstract要約: フォールトトレラント(FT)量子計算は、量子優位への経路を提供するが、その実現はその大きなオーバーヘッドによって妨げられている。
一部 FT "STAR" アーキテクチャは、非クリフォード演算に対するFT要求を緩和する価格で普遍計算のコストを下げる。
我々は,STARアーキテクチャと中性原子プラットフォームとの協調設計について検討し,基礎となる原子物理学を論理的エラーモデリングとアプリケーションレベルの性能に結びつける。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Fault-tolerant (FT) quantum computation offers a pathway to quantum advantage, but its realization is hindered by its significant overhead. The partially FT "STAR" architecture reduces the cost of universal computation at the price of relaxing FT requirements for non-Clifford operations, increasing exposure to hardware noise. Therefore, maximizing its performance and applicability demands careful co-design with the underlying hardware. In this work we investigate the co-design of the STAR architecture with neutral-atom platforms, connecting the underlying atomic physics to logical error modeling and application-level performance. At the physical level, we identify a favorable noise bias in $^{171}\mathrm{Yb}$ Rydberg gates, and show how it can be enhanced through error-selective pulse optimization. At the logical level, we identify an intrinsic error suppression mechanism, yielding vanishing logical coherent noise in leading order. Detailed circuit-level simulations of surface code implementations show more than an order of magnitude reduction in logical error relative to previous estimates. As a concrete target application, we focus on the Fermi-Hubbard model with periodic boundaries, for which we design a simulation circuit particularly suited to early implementations. We quantify the resource tradeoff of partially and fully FT approaches to gate synthesis, with the former showing approximately an order of magnitude reduction in state-injection depth, and an even larger reduction in Clifford resources. Comparing with classical and fully FT approaches, we identify regimes where partial fault tolerance provides both lower overheads and lower error rates. In our estimates, this is accessible with moderate error rates $p\sim 10^{-3}$ and a few thousand qubits, underlining that for these types of problems, partial FT approaches provide a compelling pathway to early quantum advantage.
- Abstract（参考訳）: フォールトトレラント(FT)量子計算は、量子優位への経路を提供するが、その実現はその大きなオーバーヘッドによって妨げられている。
一部 FT "STAR" アーキテクチャは、非クリフォード演算のFT要求を緩和する価格で普遍計算のコストを低減し、ハードウェアノイズにさらされる。
そのため、性能と適用性を最大化するためには、基盤となるハードウェアと慎重に協調設計する必要がある。
本研究では,STARアーキテクチャと中性原子プラットフォームとの協調設計について検討し,基礎となる原子物理学を論理的エラーモデリングとアプリケーションレベルの性能に結びつける。
物理レベルでは、$^{171}\mathrm{Yb}$ Rydberg gates の雑音バイアスを同定し、エラー選択パルス最適化によってどのように拡張できるかを示す。
論理レベルでは、本態的な誤り抑制機構を同定し、前列の論理的コヒーレントノイズを解消する。
サーフェスコード実装の詳細な回路レベルシミュレーションでは、以前の推定値と比較して論理誤差が1桁以上減少していることが示されている。
具体的対象として,周期境界を持つFermi-Hubbardモデルに着目し,初期実装に適したシミュレーション回路を設計する。
ゲート合成におけるFT手法とFT手法の相違点を定量化し,前者は状態注入深さの約1桁の縮小,クリフォード資源のさらに大きな減少を示す。
古典的および完全FTアプローチと比較して、部分的耐故障性が低いオーバーヘッドと低いエラー率の両方をもたらすレギュレーションを同定する。
我々の推定では、これは適度な誤差率$p\sim 10^{-3}$と数千 qubitsでアクセス可能であり、これらのタイプの問題に対して、部分FTアプローチは初期の量子的優位性への魅力的な経路を提供する。
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