論文の概要: Ground-state energy estimation compiled on cat qubits: 7 164 qubits for FeMoco-54 in 23.5 hours
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.37840v1
- Date: Tue, 27 Oct 2026 18:52:23 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-11-03 19:32:04.799273
- Title: Ground-state energy estimation compiled on cat qubits: 7 164 qubits for FeMoco-54 in 23.5 hours
- Title（参考訳）: ネコ量子ビットを用いた地中エネルギー推定:FeMoco-54の23.5時間で7164量子ビット
- Abstract要約: 本稿では,Low等の電子構造ハミルトニアンに対する最先端の2乗ブロック符号化アルゴリズムの詳細な資源推定を行う。
本研究では,スキューツリーQrom,スワップネットワーク,繰り返しキャットおよびLDPCキャットアーキテクチャのフェーズアップなど,支配的なサブルーチンのクローズドフォームコストでコンパイルを行う。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9661503834671128
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We provide a detailed resource estimate of the state-of-the-art sum-of-squares block encoding algorithm for electronic structure Hamiltonians of Low et al. on superconducting cat qubits. To achieve this, we present compilations with closed-form costs of the dominant subroutines such as skew-tree Qrom, a Swap network and a Phaseup for both a repetition-cat and an LDPC-cat architecture. Our compilation represents algorithmic qubits in the $X$ basis, taking advantage of the asymmetric cost of $X$ and $Z$ access that the concatenation of cat qubits with phase-flip classical code brings. Additionally, we provide a protocol for $\vert i \rangle$-state distillation and a two-level Toffoli-like $\vert \text{C}_X\text{C}_X X \rangle$ magic state distillation protocol, including three factory layouts. To minimize the cost of Clifford corrections induced by magic state injections we tailor injection gadgets to each subroutine. Combining our compilation work with the adder compilation from the companion work Pappalardo et al., we provide global layouts for the block encoding in both architectures which we use to obtain resource estimates for ground-state energy estimation for the benchmarks of FeMoco-54 and FeMoco-76. Assuming a cycle time of 1$μ$s, a reaction time of 10$\mathrmμ$s, a phase estimation precision of 1 mHa and circuit-level phase-flip noise with probability $p_Z = 5 \times 10^{-4}$ with negligible bit-flip error, FeMoco-54 requires fewer than $7\,500$ cat qubits with an expected runtime of under one day for a single phase estimation run using an LDPC-cat architecture. Relaxing the bit-flip requirement to $p_X = 10^{-11}$ with an additional layer of elevator codes raises this to an estimated $13\,000$ cat qubits.
- Abstract（参考訳）: 超伝導キャット量子ビット上でのLow等の電子構造ハミルトニアスに対する、最先端の2乗ブロック符号化アルゴリズムの詳細な資源推定を行う。
そこで本研究では,スキューツリーQromやスワップネットワーク,繰り返しキャットおよびLDPCキャットアーキテクチャのフェーズアップなど,支配的なサブルーチンのクローズドフォームコストでコンパイルを行う。
我々のコンパイルはアルゴリズムの量子ビットを$X$ベースで表現し、位相フリップの古典符号と猫量子ビットの連結がもたらす非対称なコストである$X$と$Z$アクセスを利用する。
さらに、$\vert i \rangle$-state distillationと2レベルToffoli-like $\vert \text{C}_X\text{C}_X X \rangle$ magic state distillation protocolに対して、3つの工場レイアウトを含むプロトコルを提供する。
マジック状態注入によるクリフォード補正のコストを最小化するため、各サブルーチンにガジェットを調整する。
そこで我々は,FeMoco-54とFeMoco-76のベンチマークの地中エネルギー推定のための資源推定を行うため,両アーキテクチャのブロック符号化のグローバルなレイアウトを提供する。
1$μ$sのサイクル時間と10$\mathrmμ$sの反応時間と1mHaの位相推定精度、確率$p_Z = 5 \times 10^{-4}$の回路レベルの位相フリップノイズを仮定すると、FeMoco-54はLDPC-catアーキテクチャを用いて単一の位相推定を実行する場合、1日以内で7.500ドル以下の猫キュービットを必要とする。
ビットフリップの要件を$p_X = 10^{-11}$にリラクシングすると、エレベーターコードの追加レイヤが13,000ドルと見積もられている。
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