誤り耐性量子コンピュータの実現に向けた表面符号デコーダの極低温CMOS集積回路による実装検討

• Item type: Symposium(1)
• 公開日: 2024-08-21
• タイトル: 誤り耐性量子コンピュータの実現に向けた表面符号デコーダの極低温CMOS集積回路による実装検討
• タイトル / 言語: en
• タイトル: Exploring Surface Code Decoding via Cryo-CMOS for Fault-Tolerant Quantum Computers
• 言語: jpn
• キーワード / 主題Scheme: Other
• キーワード / 主題: 量子コンピュータ
• 資源タイプ / 資源タイプ識別子: http://purl.org/coar/resource_type/c_5794
• 資源タイプ: conference paper
• 著者所属: 京都大学大学院情報学研究科
• 著者所属: 京都大学大学院情報学研究科
• 著者所属: 京都大学大学院情報学研究科
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): Kyoto University Graduate School of Informatics
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): Kyoto University Graduate School of Informatics
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): Kyoto University Graduate School of Informatics
• 著者名: 王, 若泰; 佐藤, 高史; 粟野, 皓光
• 著者名(英): Wakahiro, Ou; Takashi, Sato; Hiromitsu, Awano
• 論文抄録 / 内容記述タイプ: Other
• 論文抄録 / 内容記述: 量子コンピュータは，量子特性の確率的な性質を活用することで，従来のコンピュータではシミュレーションが困難な量子化学計算などの課題に対する解決策として期待されている．しかし，量子コンピュータはノイズに弱いため，実用的な応用には困難が伴う．表面符号は，量子エラー訂正技術の中でも高いエラー訂正能力を示し，平面配置の量子ビット上で容易に実装できるため，誤り耐性量子コンピュータ（FTQC）の実現に重要な役割を果たす．しかし，表面符号の実装には，物理量子ビットの測定を通じて量子エラーを特定するシンドローム解析が必要となる．現在，必要な量子ビットの数を実現する唯一の方法は，極低温で動作する超伝導量子ビットである．これに対して，シンドローム解析には室温で動作する古典的なコンピュータを必要とし，配線本数の問題により拡張性が制限される．本論文では，量子ビットの温度に近い中間温度（約 4K）でシンドローム解析を行う可能性を探る．具体的には，ハードウェアに適したシンドローム解析の全探索アルゴリズムに焦点を当て，マッチンググラフの重みを量子化した場合のエラー訂正能力を検討する．結果として，重みを 4 ビットに設定することで，符号距離 5 および物理エラー率 10 -4 でエラー訂正が可能であることが示された．さらに，論理量子ビット 1 個あたりのメモリでの消費エネルギは 1.13×10 -3,nJ であり，低温環境でエラー訂正可能な論理量子ビットの最大数は 0.886×10 6 個となった．
• 論文抄録(英) / 内容記述タイプ: Other
• 論文抄録(英) / 内容記述: Quantum computers, leveraging the probabilistic nature of quantum features, have arisen as a solution for challenges such as quantum chemistry calculations that prove challenging to simulate using classical computers. However, the susceptibility of quantum computers to noise presents a hurdle for practical applications. Surface codes, a leading quantum error correction technique, demonstrate robust capabilities and easy implementation on a planar arrangement of qubits, playing a crucial role in FTQC realization. However, implementing surface codes relies on syndrome analysis, identifying quantum errors through measurements of physical qubits. Currently, the only feasible method for the required number of physical qubits is superconducting qubits, which operate at extremely low temperatures. This presents a challenge as the syndrome analyzer, requiring a classical computer, operates at room temperature, limiting scalability due to communication issues. This paper explores the feasibility of performing syndrome analysis at an intermediate temperature (around 4K), closer to the temperature of qbits. Specifically, this paper focuses on the hardware-friendly exhaustive search algorithm in syndrome analysis, investing error correction capabilities when discretizing weights of matching graphs. Results indicate that by setting the weight to 4 bits, error correction can be achieved with a code distance of 5 and a physical error rate of 10 -4. Furthermore, the energy consumption in memory per logical qubit per error corection is 1.13 × 10 -3 nJ and the maximum number of logical qubits that can be error-corrected in a cryogenic environment is 0.886 × 10 6.
• 書誌情報: DAシンポジウム2024論文集; 巻 2024, p. 35-41, 発行日 2024-08-21
• 出版者 / 言語: ja
• 出版者: 情報処理学会