論文の概要: Optimal four-copy detection of the three-tangle and its fault-tolerant cost
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.27260v1
- Date: Mon, 19 Oct 2026 20:29:04 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-21 21:58:47.495299
- Title: Optimal four-copy detection of the three-tangle and its fault-tolerant cost
- Title(参考訳): 3本の三角形の最適4コピ検出とその耐故障コスト
- Abstract要約: 統計的に最適である3つの三角形の1面4コピー検出器を同定し,その実装コストについて検討する。
最適検出器はクリック確率が$_32/48$であり、以前の4つのコピー構造は$_32/256$である。
我々は、これらのコストをSteaneと$[8,3,2]のコードの両方を使って定量化し、異なる計算規則で最適な検出器を実装するための明確なリソース推定を提供する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.6157382820537719
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The three-tangle, $τ_3$, is a measure of genuine tripartite entanglement that distinguishes GHZ-type from W-type entanglement in pure three-qubit states. Here, we identify the statistically optimal one-sided four-copy detector of the three-tangle and study its implementation cost. The optimal detector has click probability $τ_3^2/48$, while previous four-copy constructions achieve $τ_3^2/256$ and therefore require asymptotically $16/3$ times as many experimental repetitions. Using the representation-theoretic structure of the problem, we construct an ancilla-free implementation of the optimal detector using 15 CNOT gates, together with an 11-CNOT detector with click probability $τ_3^2/96$. These results reveal a tradeoff between statistical efficiency and implementation cost, since reducing the number of repetitions requires increasingly expensive circuits. We then show that this tradeoff persists once the circuits are encoded. In a fully fault-tolerant setting, the increased click probability comes with a substantial non-Clifford synthesis cost, while an early fault-tolerant implementation based on $T$ gates and STAR rotations reduces this overhead at the expense of additional encoded resources. We quantify these costs using both the Steane and $[[8,3,2]]$ codes, providing explicit resource estimates for implementing the optimal detector across different computational regimes.
- Abstract(参考訳): 3つの三角形、$τ_3$は、純粋な3量子状態において、GHZ型とW型エンタングルメントを区別する真の三部式エンタングルメントの尺度である。
本稿では, 統計的に最適である3本の三角形の1面4コップ検出器を同定し, その実装コストについて検討する。
最適検出器はクリック確率が$τ_3^2/48$であるのに対し、以前の4つのコピー構造は$τ_3^2/256$であり、したがって漸近的に実験的な繰り返しの16/3$倍を必要とする。
問題の表現論的構造を用いて、15個のCNOTゲートと、クリック確率$τ_3^2/96$の11個のCNOT検出器を用いて最適検出器のアンシラフリー実装を構築する。
これらの結果から,回路の繰り返し回数の削減がますます高価な回路を必要とするため,統計的効率と実装コストのトレードオフが明らかとなった。
次に、回路が符号化されると、このトレードオフが持続することを示す。
完全にフォールトトレラントな環境では、クリック確率の増大はクリフォード以外のかなりの合成コストを伴うが、初期のフォールトトレラント実装は$T$ゲートとSTARローテーションに基づいており、追加のエンコードされたリソースを犠牲にしてこのオーバーヘッドを減らしている。
我々は、Steaneと$[8,3,2]の2つのコードを使ってこれらのコストを定量化し、異なる計算規則で最適な検出器を実装するための明確なリソース推定を提供する。
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