論文の概要: Early Fault-Tolerant Magic State Synthesis and Spacetime Efficient Analog Rotations with Color Code on a Superconducting Quantum Processor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2611.00404v1
- Date: Fri, 30 Oct 2026 21:50:55 GMT
- ステータス: 情報取得中
- システム内更新日: 2026-11-03 19:32:11.236566
- Title: Early Fault-Tolerant Magic State Synthesis and Spacetime Efficient Analog Rotations with Color Code on a Superconducting Quantum Processor
- Title（参考訳）: 超伝導量子プロセッサ上でのカラーコードによる早期耐故障魔法状態合成と時空効率的なアナログ回転
- Abstract要約: Space-Time Efficient Analog Rotations (STAR) と Fault-Tolerant Magic State synthesis (MSS) は、マジックステート生成のための2つの方法である。
カラーコードにSTAR方式のインジェクションプロトコルを,カラーコードとサーフェスコードの両方の先行プロトコルに対して,エラー率と時空コストで提案する。
次に,マルチパッチ・マジック・ステート培養,クリフォード・オペレーションとの干渉,格子・サージェリー・マジック・ステート・テレポーテーションによりMSSファクトリを実装した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.456654231091071
- License:
- Abstract: With recent improvements to syndrome extraction scheduling and decoding, and the availability of complete transversal Clifford operations and lattice surgery, color code is an especially promising platform for quantum processors with local connectivity. The key ingredient for universal computation is thus generating useful magic states with limited resources. Space-Time Efficient Analog Rotations (STAR) and Fault-tolerant magic state synthesis (MSS) are two such methods for magic state generation, targeted for near-term and long-term quantum computing, respectively. In this work, we perform the first implementations of both magic state paradigms on a superconducting quantum processor. We present a STAR-type injection protocol on the color code, with favorable error rate and spacetime costs versus prior protocols on both the color and surface codes. We then implement a MSS factory by performing multi-patch magic state cultivations, interleaved with transversal Clifford operations, and lattice-surgery magic state teleportation. Under post-selection, we achieve a kickback tomography correct sign probability of $99.9859\%$ on cultivated $T_L$ states, $96\%$ tomographic fidelity on logical analog rotation states, and $91\%$ fidelity on synthesized logical magic states consuming 3 cultivated $T_L$ states, 3 transversal Hadamard operations, and real-time feed-forward $S_L$ corrections during magic state teleportation. We compare the efficacy of post-selection, Most-Likely-Error (MLE) decoding, and concatenated-matching decoding throughout, highlighting the potential of end-to-end color code computation.
- Abstract（参考訳）: 近年、シンドローム抽出と復号化が向上し、完全なリバーサルクリフォード演算と格子手術が利用可能になったことにより、カラーコードは局所接続を持つ量子プロセッサにとって特に有望なプラットフォームとなった。
普遍計算の鍵となる要素は、限られた資源を持つ有用な魔法の状態を生成することである。
Space-Time Efficient Analog Rotations (STAR) と Fault-Tolerant Magic State synthesis (MSS) は、それぞれ短期および長期の量子コンピューティングをターゲットにしたマジック状態生成の2つの方法である。
本研究では、超伝導量子プロセッサ上で両方のマジック状態パラダイムを最初に実装する。
カラーコードにSTAR方式のインジェクションプロトコルを,カラーコードとサーフェスコードの両方の先行プロトコルに対して,エラー率と時空コストで提案する。
次に,MSSファクトリを実装し,マルチパッチマジックステート培養を行い,トランスバーサルクリフォード操作とインターリーブし,格子サージェリーマジックステートテレポーテーションを行う。
選択後,栽培された$T_L$状態に対して99.9859\%,論理的アナログ回転状態において9.6\%,合成された論理的マジック状態において9.11\%の忠実度,3つの栽培された$T_L$状態,3つのトランスバーサル・アダマール動作,およびマジック状態の遠隔伝送中のリアルタイムフィードフォワード$S_L$の正当性を実現する。
我々は、選択後、MLE(Most-Like-Error)デコーディングの有効性と、一括マッチングデコーディングの有効性を比較し、エンドツーエンドのカラーコード計算の可能性を強調した。
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