サーフェス コードのコヒーレント エラーと読み出しエラー

サーフェス コードのコヒーレント エラーと読み出しエラー

アロン・マートン1 とヤノス・K・アスボス1,2

1ブダペスト工科経済大学物理学研究所理論物理学科、Műegyetem rkp。 3.、H-1111 ブダペスト、ハンガリー
2ウィグナー物理学研究センター、H-1525 ブダペスト、私書箱 49.、ハンガリー

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抽象

読み出しエラーとコヒーレントエラー、つまり決定論的な位相回転が表面コードに及ぼす影響を組み合わせて検討します。 私たちは、物理量子ビットのマヨラナフェルミオンへのマッピングを介して、最近開発された数値的アプローチを使用します。 読み出しエラーが存在する場合にこのアプローチを使用する方法を説明します。現象学的レベルで処理されます。つまり、結果が誤って記録される可能性がある完全な射影測定と、複数の繰り返し測定ラウンドです。 対応するインコヒーレント エラー チャネル (ランダムなパウリ Z エラーと読み出しエラー) のしきい値に近いエラー率を持つ、このエラーの組み合わせのしきい値を見つけます。 論理エラーの尺度として最悪の場合の忠実度を使用したエラー率のしきい値は 2.6% です。 しきい値を下回ると、コードをスケールアップすると、論理レベルのエラーのコヒーレンスが急速に失われますが、そのエラー率は、対応するインコヒーレントなエラー チャネルのエラー率よりも高くなります。 また、コヒーレント エラー率と読み出しエラー率を個別に変化させたところ、サーフェス コードは読み出しエラーよりもコヒーレント エラーに対してより敏感であることがわかりました。 私たちの研究は、完全な読み出しによるコヒーレントエラーに関する最近の結果を、読み出しエラーも発生する実験的により現実的な状況にまで拡張しています。

長時間の計算を実行するには、量子コンピューターが扱う量子情報を環境ノイズから保護する必要があります。 これには量子誤り訂正 (QEC) が必要です。これにより、各論理量子ビットが多くの物理量子ビットの集合的な量子状態にエンコードされます。 私たちは、最も有望な量子誤り訂正符号、いわゆる表面符号が、いわゆるコヒーレント誤り(校正誤りの一種)と読み出し誤りの組み合わせから量子情報をどの程度保護できるかを数値シミュレーションを用いて研究しました。 Surface コードは、エラー レベルがしきい値を下回っている限り、コードがスケールアップされるにつれてより優れた保護を提供することがわかりました。 このしきい値は、別のエラーの組み合わせ、つまりインコヒーレント エラー (量子環境とのもつれから生じるエラーの一種) と読み出しエラーのよく知られているしきい値に近いです。 また、(添付の画像に示すように) サーフェス コードは、コヒーレント エラーよりも読み出しエラーに対して堅牢であることもわかりました。 いわゆる現象論的エラー モデルを使用したことに注意してください。ノイズ チャネルを非常に正確にモデル化しましたが、量子回路レベルでのコードのモデル化は行っていません。

►BibTeXデータ

►参照

【1] エリック・デニス、アレクセイ・キタエフ、アンドリュー・ランダール、ジョン・プレスキル。 「トポロジカル量子メモリ」。 Journal of Mathematical Physics 43, 4452–4505 (2002).
https:/ / doi.org/ 10.1063 / 1.1499754

【2] オースティン・G・ファウラー、マッテオ・マリアントーニ、ジョン・M・マルティニス、アンドリュー・N・クレランド。 「表面コード:実用的な大規模量子計算に向けて」。 フィジカル レビュー A 86、032324 (2012)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.032324

【3] チェンヤン・ワン、ジム・ハリントン、ジョン・プレスキル。 「無秩序ゲージ理論における閉じ込め-ヒッグス転移と量子メモリの精度閾値」。 Annals of Physics 303、31–58 (2003)。
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0003-4916(02)00019-2

【4] エクトル・ボンバン、ルーベン・S・アンドリスト、大関雅之、ヘルムート・G・カッツグレイバー、ミゲル・A・マルティン・デルガド。 「脱分極に対するトポロジカルコードの強い回復力」。 フィジカル レビュー X 2、021004 (2012)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.2.021004

【5] クリストファー・T・チャブとスティーブン・T・フラミア。 「相関ノイズを伴う量子コードの統計力学的モデル」。 アンリ・ポアンカレ研究所紀要 D 8、269–321 (2021)。
https:/ / doi.org/ 10.4171 / AIHPD / 105

【6] スコットアーロンソンとダニエルゴッテスマン。 「スタビライザー回路のシミュレーションの改善」。 フィジカルレビューA70、052328(2004)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

【7] クレイグ・ギドニー。 「Stim: 高速スタビライザー回路シミュレーター」。 クォンタム 5、497 (2021)。
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

【8] セバスチャン・クリナー、ネイサン・ラクロワ、アンツ・レム、アグスティン・ディ・パオロ、エリー・ジェノワ、カトリーヌ・ルルー、クリストフ・ヘリングス、ステファニア・ラザール、フランソワ・スヴィアデック、ヨハネス・ハーマンほか。 「距離3曲面符号で繰り返し量子誤り訂正を実現」。 ネイチャー 605、669–674 (2022)。
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04566-8

【9] ラジーブ・アチャリヤら。 「表面コード論理量子ビットをスケーリングすることによる量子エラーの抑制」。 Nature 614、676 – 681 (2022)。
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1

【10] 富田優とクリスタ・M・スヴォレ。 「現実的な量子ノイズ下での低距離表面コード」。 フィジカル レビュー A 90、062320 (2014)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.062320

【11] ダニエル・グリーンバウムとザカリー・ダットン。 「量子誤り訂正におけるコヒーレント誤りのモデル化」。 量子科学と技術 3、015007 (2017)。
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aa9a06

【12] アンドリュー・S・ダーマワンとデヴィッド・プーリン。 「現実的なノイズの下でのサーフェス コードのテンソル ネットワーク シミュレーション」。 Physical Review Letters 119、040502 (2017)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.040502

【13] 八角茂雄、御手洗康介、藤井啓介。 「コヒーレントノイズ下の表面符号に対するフォールトトレラントな量子誤り訂正のためのサンプリングベースの準確率シミュレーション」。 Physical Review Research 3、043130 (2021)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.043130

【14] フロリアン・ヴェン、ヤン・ベーレンズ、ベンジャミン・ベリ。 「マヨラナ非局在化による表面コードのコヒーレントエラーしきい値」。 Physical Review Letters 131、060603 (2023)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.131.060603

【15] ステファニー・J・ビール、ジョエル・J・ウォールマン、マウリシオ・グティエレス、ケネス・R・ブラウン、レイモンド・ラフラム。 「量子誤り訂正はノイズをデコヒーリングする」。 Physical Review Letters 121、190501 (2018)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.190501

【16] ジョセフ・K・アイバーソンとジョン・プレスキル。 「論理量子チャネルのコヒーレンス」。 New Journal of Physics 22、073066 (2020)。
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab8e5c

【17] マウリシオ・グティエレス、コナー・スミス、リヴィア・ルルシ、スミサ・ジャナルダン、ケネス・R・ブラウン。 「インコヒーレントおよびコヒーレントノイズのエラーと擬似しきい値」。 フィジカル レビュー A 94、042338 (2016)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.042338

【18] セルゲイ・ブラヴィ、マティアス・エングルブレヒト、ロベルト・ケーニッヒ、ノーラン・ピアード。 「表面コードによるコヒーレントエラーの修正」。 npj 量子情報 4 (2018)。
https:/ / doi.org/ 10.1038 / s41534-018-0106-y

【19] F・ヴェンとB・ベリ。 「平面グラフ表面コードにおけるコヒーレント エラーに対するエラー修正およびノイズ デコヒーレンスのしきい値」。 Physical Review Research 2、043412 (2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043412

【20] エクトル・ボンビンとミゲル・A・マルティン・デルガド。 「トポロジカル二次元スタビライザコードの最適リソース:比較研究」。 フィジカル レビュー A 76、012305 (2007)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.012305

【21] ニコラス・デルフォスとナオミ・H・ニッカーソン。 「トポロジカルコードのためのほぼ線形の時間復号アルゴリズム」。 クォンタム 5、595 (2021)。
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-12-02-595

【22] セルゲイ・ブラヴィ、マーティン・スチャラ、アレクサンダー・ヴァルゴ。 「表面コードの最尤復号化のための効率的なアルゴリズム」。 フィジカル レビュー A 90、032326 (2014)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.032326

【23] オースティン・G・ファウラー。 「平均 o(1) 並列時間におけるフォールトトレラントなトポロジカル量子誤り訂正の最小重み完全マッチング」。 量子情報計算します。 15、145–158 (2015)。
https:/ / doi.org/ 10.48550 / arXiv.1307.1740

【24] エリック・ファン、アンドリュー・C・ドハティ、スティーブン・フラミア。 「コヒーレントエラーによる量子エラー訂正のパフォーマンス」。 フィジカル レビュー A 99、022313 (2019)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.022313

【25] アレクセイ・ギルクリスト、ネイサン・K・ラングフォード、マイケル・A・ニールセン。 「実際の量子プロセスと理想的な量子プロセスを比較するための距離測定」。 フィジカル レビュー A 71、062310 (2005)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.062310

【26] クリストファー・A・パティソン、マイケル・E・ベヴァーランド、マーカス・P・ダ・シルバ、ニコラス・デルフォス。 「ソフト情報を使用した量子誤り訂正の改善」。 プレプリント(2021)。
https:/ / doi.org/ 10.48550 / arXiv.2107.13589

【27] オスカー・ヒゴット。 「Pymatching: 最小重みの完全一致で量子コードをデコードするための Python パッケージ」。 量子コンピューティングに関する ACM トランザクション 3、1–16 (2022)。
https:/ / doi.org/ 10.1145 / 3505637

【28] アレクセイ・キタエフ。 「正確に解決されたモデルとその先にある Anyons」。 物理学年報 321、2–111 (2006)。
https:/ / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2005.10.005

【29] 「サーフェス コードの FLO シミュレーション – Python スクリプト」。 https:/ / github.com/ martonaron88/ Surface_code_FLO.git。
https:/ / github.com/ martonaron88/ Surface_code_FLO.git

【30] ジャオ・ユエンチェンとリウ・ドンイー。 「状態の準備とエラー検出における量子偏差を伴う格子ゲージ理論とトポロジカル量子エラー補正」。 プレプリント(2023)。
https:/ / doi.org/ 10.48550 / arXiv.2301.12859

【31] Jingzhen Hu、Qingzhong Liang、ナラヤナン・レンガスワミ、ロバート・カルダーバンク。 「重み 2 つの Z スタビライザーのバランスをとることでコヒーレント ノイズを軽減します。」 IEEE 情報理論トランザクションズ 68、1795–1808 (2021)。
https:/ / doi.org/ 10.1109 / TIT.2021.3130155

【32] インカイ欧陽。 「回転連結スタビライザー コードによるコヒーレント エラーの回避」。 npj 量子情報 7, 87 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-021-00429-8

【33] ドリップト・M・デブロイ、レアード・イーガン、クリスタル・ノエル、アンドリュー・ライジンジャー、ダイウェイ・ジュー、デボプリヨ・ビスワス、マルコ・セティナ、クリス・モンロー、ケネス・R・ブラウン。 「論理量子ビットメモリを改善するためのスタビライザーパリティの最適化」。 Physical Review Letters 127、240501 (2021)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.240501

【34] S・ブラヴィとR・ケーニッヒ。 「散逸フェルミオン線形光学の古典的シミュレーション」。 量子情報と計算 12、1–19 (2012)。
https:/ / doi.org/ 10.48550 / arXiv.1112.2184

【35] バーバラ・M・ターハルとデヴィッド・P・ディヴィンチェンツォ。 「非相互作用フェルミオン量子回路の古典的シミュレーション」。 フィジカル レビュー A 65、032325 (2002)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.032325

【36] セルゲイ・ブラヴィ。 「フェルミオン線形光学のラグランジュ表現」。 量子情報と計算 5、216–238 (2005)。
https:/ / doi.org/ 10.48550 / arXiv.quant-ph / 0404180
arXiv:quant-ph / 0404180

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