バーストエラーに耐性のある表面符号の通信方式の設計

• Item type: SIG Technical Reports(1)
• 公開日: 2023-03-06
• タイトル: バーストエラーに耐性のある表面符号の通信方式の設計
• タイトル / 言語: en
• タイトル: Design of a burst-error tolerant communication scheme with surface code
• 言語: jpn
• 資源タイプ / 資源タイプ識別子: http://purl.org/coar/resource_type/c_18gh
• 資源タイプ: technical report
• 著者所属: 大阪大学大学院基礎工学研究科／NTTコンピュータ&データサイエンス研究所
• 著者所属: NTTコンピュータ&データサイエンス研究所／JSTさきがけ
• 著者所属: NTTコンピュータ&データサイエンス研究所
• 著者名: 一宮, 有希; 鈴木, 泰成; 徳永, 裕己
• 論文抄録 / 内容記述タイプ: Other
• 論文抄録 / 内容記述: 量子計算は現在急速に研究開発が進んでいるが，量子ビットのエラー確率の高さと拡大の難しさが実用化への課題となっている．表面符号を用いた量子誤り訂正で量子計算の誤り率を小さくし，分散量子計算で計算機を拡大する方法は現在最も注目されているアプローチの 1 つである．分散量子計算で表面符号で符号化された論理量子ビットをノード間で通信する際には，送付する物理量子ビットに連続したエラーが生じるバーストエラーが発生してしまう恐れがある．この時，表面符号を構成する物理量子ビットを送る順番を無計画に決めてしまうと，訂正に失敗する確率が大きくなってしまう．一方で，誤り訂正の失敗確率を最小化する順番を全探索で求めようとすることは計算論的に困難である．この論文では，2-opt 法を用いて量子ビットを送る順番を決めることで，バーストエラー発生時に誤り訂正が失敗する確率を抑える方法を提案した．提案した手法のバーストエラーに対する耐性を数値的に評価し，閾値付近で論理誤り率を約 0.5 倍まで小さくするほか，小さなバーストエラーの区間に対しても高い論理誤り率削減効果があることを示した．
• 論文抄録(英) / 内容記述タイプ: Other
• 論文抄録(英) / 内容記述: The research and development of quantum computing have been intensively conducted, but high error rates and limited scalability of qubits pose a significant challenge to its practical implementation. Surface codes emerged as one of the most widely recognized quantum error-correcting codes that enable quantum computation with low error probabilities. To scale quantum computing up to a practical size, we need a technique of distributed quantum computation, where logical qubits encoded with surface codes are transmitted between nodes. During the communication, burst errors, i.e., successive errors on the transmitted physical qubits, would like to occur as in classical communication. When the transmission order of the physical qubits comprising the surface code is determined haphazardly, the failure probability of error correction increases. On the other hand, the computational cost of finding the optimal transmission order that minimizes the failure probability would increase exponentially and becomes not practical. Thus, we need a method to determine the near-optimal ordering of physical qubits for the efficient transmission of logical qubits in a scalable manner. In this paper, we propose a novel method to reduce the failure probability of logical-qubit transmission under burst errors by optimizing the order of qubit transmission using the 2-opt method. We numerically evaluated the performance of the proposed method and showed that the proposed method halves the logical error rates around the threshold value. The proposed method also significantly reduces the logical error rates even when the region of burst errors is small.
• 書誌レコードID / 収録物識別子タイプ: NCID
• 書誌レコードID / 収録物識別子: AA12894105
• 書誌情報: 研究報告量子ソフトウェア（QS）; 巻 2023-QS-8, 号 18, p. 1-10, 発行日 2023-03-06
• ISSN / 収録物識別子タイプ: ISSN
• ISSN / 収録物識別子: 2435-6492
• Notice: SIG Technical Reports are nonrefereed and hence may later appear in any journals, conferences, symposia, etc.
• 出版者 / 言語: ja
• 出版者: 情報処理学会