Q3DE: A fault-tolerant quantum computer architecture for multi-bit burst errors by cosmic rays

機関リポジトリ (HANDLE) オープンアクセス
  • 鈴木, 泰成
    日本電信電話株式会社NTTコンピュータ&データサイエンス研究所 科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業さきがけ
  • 杉山, 太香典
    東京大学先端科学技術研究センター
  • アライ, トモチカ
    日本電信電話株式会社NTTコンピュータ&データサイエンス研究所 東京大学
  • Liao, Wang
    東京大学大学院工学系研究科附属光量子科学研究センター
  • 井上, 弘士
    九州大学大学院システム情報科学研究院
  • 谷本, 輝夫
    科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業さきがけ 九州大学大学院システム情報科学研究院

説明

Demonstrating small error rates by integrating quantum error correction (QEC) into an architecture of quantum computing is the next milestone towards scalable fault-tolerant quantum computing (FTQC). Encoding logical qubits with superconducting qubits and surface codes is considered a promising candidate for FTQC architectures. In this paper, we propose an FTQC architecture, which we call Q3DE, that enhances the tolerance to multi-bit burst errors (MBBEs) by cosmic rays with moderate changes and overhead. There are three core components in Q3DE: in-situ anomaly DEtection, dynamic code DEformation, and optimized error DEcoding. In this architecture, MBBEs are detected only from syndrome values for error correction. The effect of MBBEs is immediately mitigated by dynamically increasing the encoding level of logical qubits and re-estimating probable recovery operation with the rollback of the decoding process. We investigate the performance and overhead of the Q3DE architecture with quantum-error simulators and demonstrate that Q3DE effectively reduces the period of MBBEs by 1000 times and halves the size of their region. Therefore, Q3DE significantly relaxes the requirement of qubit density and qubit chip size to realize FTQC. Our scheme is versatile for mitigating MBBEs, i.e., temporal variations of error properties, on a wide range of physical devices and FTQC architectures since it relies only on the standard features of topological stabilizer codes.

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詳細情報 詳細情報について

  • CRID
    1050304936199034752
  • HANDLE
    2324/7332376
  • 本文言語コード
    en
  • 資料種別
    conference paper
  • データソース種別
    • IRDB

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