핵심 개념
量子エラー訂正符号を用いて、ハイパーキューブ上のIQP回路をエラー耐性のある方法でコンパイルすることで、古典的に困難なサンプリングを実現できる。
초록
本研究では、量子エラー訂正符号を用いたIQP回路のエラー耐性のあるコンパイル手法を提案している。具体的には以下の点が明らかになった:
[2D, D, 2]符号ファミリーを用いることで、任意の次数のIQP回路を過渡的に実装できる。この符号は単一量子ゲートと置換ゲートで構成されており、ハードウェアに適した設計となっている。
ハイパーキューブ上のIQP (hIQP)回路を提案し、これが高速にスクランブルされることを示した。hIQP回路は、ブロック内の任意次数のIQP回路と、ブロック間の過渡的CNOT演算から構成される。
hIQP回路のサンプリングが古典的に困難であることを示した。また、線形クロスエントロピーベンチマーク(XEB)の振る舞いを解析し、論理的な忠実度の良い指標となることを明らかにした。
hIQPサンプリングの効率的な検証手法として、2つのhIQP回路のベル測定に基づく手法を提案した。この手法は古典的に効率的に検証可能であり、かつ量子的に困難なサンプリングを実現する。
任意の距離のカラーコードファミリーを構築し、hIQPサンプリングの耐故障性のある拡張を示した。これにより、エラー訂正を用いた完全にスケーラブルなアプローチを実現できる。
以上のように、本研究では量子エラー訂正符号とアルゴリズムの共同設計により、近未来の量子プロセッサで実現可能な量子優位性の実証につながる重要な知見を得ている。
통계
単一量子ゲートの忠実度は99.99%以上と非常に高い
2量子ゲートの忠実度は99.5%程度
論理的なXEBスコアは物理的なエラー率に対して7/8乗則に従う
인용구
"量子エラー訂正は、論理的な誤りを指数関数的に抑制する可能性を秘めている。"
"IQP回路のサンプリングは、汎用量子計算に比べて格段に少ないリソースで実現できる。"
"ハイパーキューブ上のIQP回路は高速にスクランブルされ、古典的にシミュレーションが困難である。"