Skip to main content
Erschienen in: Quantum Information Processing 8/2020

01.08.2020

Pieceable fault tolerant conversion between 5-qubit code and 7-CSS code

verfasst von: Chen Lin, GuoWu Yang, QingBin Luo, XiaoYu Li

Erschienen in: Quantum Information Processing | Ausgabe 8/2020

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

We propose a non-transversal but pieceable fault tolerant conversion circuit that is used to convert encoded information between five-qubit code and seven-qubit CSS code. Since a syndrome extraction circuit requiring fewer ancillary qubit resources would facilitate the realization of large-scale quantum computations, we further adapt a flag-assisted fault tolerant syndrome measurement scheme to reduce the cost of ancillary preparation. Numerical simulations are also performed to further analyze the performance of our conversion method.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Anhänge
Nur mit Berechtigung zugänglich
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Aaronson, S., Gottesman, D.: Improved simulation of stabilizer circuits. Phys. Rev. A 70(5), 052328 (2004)CrossRefADS Aaronson, S., Gottesman, D.: Improved simulation of stabilizer circuits. Phys. Rev. A 70(5), 052328 (2004)CrossRefADS
2.
Zurück zum Zitat Aliferis, P., Gottesman, D., Preskill, J.: Quantum accuracy threshold for concatenated distance-3 codes. Quantum Inf. Comput. 6(2), 97–165 (2006)MathSciNetMATH Aliferis, P., Gottesman, D., Preskill, J.: Quantum accuracy threshold for concatenated distance-3 codes. Quantum Inf. Comput. 6(2), 97–165 (2006)MathSciNetMATH
3.
Zurück zum Zitat Anderson, J.T., Duclos-Cianci, G., Poulin, D.: Fault-tolerant conversion between the steane and reed-muller quantum codes. Phys. Rev. Lett. 113(8), 080501 (2014)CrossRefADS Anderson, J.T., Duclos-Cianci, G., Poulin, D.: Fault-tolerant conversion between the steane and reed-muller quantum codes. Phys. Rev. Lett. 113(8), 080501 (2014)CrossRefADS
4.
Zurück zum Zitat Baireuther, P., Caio, M., Criger, B., Beenakker, C.W., O’Brien, T.E.: Neural network decoder for topological color codes with circuit level noise. New J. Phys. 21(1), 013003 (2019)CrossRefADS Baireuther, P., Caio, M., Criger, B., Beenakker, C.W., O’Brien, T.E.: Neural network decoder for topological color codes with circuit level noise. New J. Phys. 21(1), 013003 (2019)CrossRefADS
5.
Zurück zum Zitat Campbell, E.T., Terhal, B.M., Vuillot, C.: Roads towards fault-tolerant universal quantum computation. Nature 549(7671), 172 (2017)CrossRefADS Campbell, E.T., Terhal, B.M., Vuillot, C.: Roads towards fault-tolerant universal quantum computation. Nature 549(7671), 172 (2017)CrossRefADS
6.
Zurück zum Zitat Chamberland, C., Jochym-O’Connor, T., Laflamme, R.: Thresholds for universal concatenated quantum codes. Phys. Rev. Lett. 117(1), 010501 (2016)MathSciNetCrossRefADS Chamberland, C., Jochym-O’Connor, T., Laflamme, R.: Thresholds for universal concatenated quantum codes. Phys. Rev. Lett. 117(1), 010501 (2016)MathSciNetCrossRefADS
7.
Zurück zum Zitat Chamberland, C., Jochym-O’Connor, T., Laflamme, R.: Overhead analysis of universal concatenated quantum codes. Phys. Rev. A 95(2), 022313 (2017)CrossRefADS Chamberland, C., Jochym-O’Connor, T., Laflamme, R.: Overhead analysis of universal concatenated quantum codes. Phys. Rev. A 95(2), 022313 (2017)CrossRefADS
8.
Zurück zum Zitat Chao, R., Reichardt, B.W.: Fault-tolerant quantum computation with few qubits. npj Quantum Inf. 4(1), 42 (2018)CrossRefADS Chao, R., Reichardt, B.W.: Fault-tolerant quantum computation with few qubits. npj Quantum Inf. 4(1), 42 (2018)CrossRefADS
9.
Zurück zum Zitat Colladay, K.R., Mueller, E.J.: Rewiring stabilizer codes. New J. Phys. 20(8), 083030 (2018)CrossRefADS Colladay, K.R., Mueller, E.J.: Rewiring stabilizer codes. New J. Phys. 20(8), 083030 (2018)CrossRefADS
12.
Zurück zum Zitat Fowler, A.G., Mariantoni, M., Martinis, J.M., Cleland, A.N.: Surface codes: towards practical large-scale quantum computation. Phys. Rev. A 86(3), 032324 (2012)CrossRefADS Fowler, A.G., Mariantoni, M., Martinis, J.M., Cleland, A.N.: Surface codes: towards practical large-scale quantum computation. Phys. Rev. A 86(3), 032324 (2012)CrossRefADS
13.
Zurück zum Zitat Gottesman, D.: An introduction to quantum error correction and fault-tolerant quantum computation. In: Quantum Information Science and Its Contributions to Mathematics. Proceedings of Symposia in Applied Mathematics, vol. 68, pp. 13–58 (2010) Gottesman, D.: An introduction to quantum error correction and fault-tolerant quantum computation. In: Quantum Information Science and Its Contributions to Mathematics. Proceedings of Symposia in Applied Mathematics, vol. 68, pp. 13–58 (2010)
14.
Zurück zum Zitat Gottesman, D.: Fault-tolerant quantum computation with constant overhead. Quantum Inf. Comput. 14(15–16), 1338–1372 (2014)MathSciNet Gottesman, D.: Fault-tolerant quantum computation with constant overhead. Quantum Inf. Comput. 14(15–16), 1338–1372 (2014)MathSciNet
15.
Zurück zum Zitat Gottesman, D.E.: Stabilizer codes and quantum error correction. Ph.D. thesis, California Institute of Technology (1997) Gottesman, D.E.: Stabilizer codes and quantum error correction. Ph.D. thesis, California Institute of Technology (1997)
16.
Zurück zum Zitat Hill, C.D., Fowler, A.G., Wang, D.S., Hollenberg, L.C.: Fault-tolerant quantum error correction code conversion. Quantum Inf. Comput. 13(5–6), 439–451 (2013)MathSciNet Hill, C.D., Fowler, A.G., Wang, D.S., Hollenberg, L.C.: Fault-tolerant quantum error correction code conversion. Quantum Inf. Comput. 13(5–6), 439–451 (2013)MathSciNet
17.
Zurück zum Zitat Hwang, Y., Choi, B.S., Ko, Y.c., Heo, J.: Fault-tolerant conversion between stabilizer codes by clifford operations (2015). arXiv:1511.02596 Hwang, Y., Choi, B.S., Ko, Y.c., Heo, J.: Fault-tolerant conversion between stabilizer codes by clifford operations (2015). arXiv:​1511.​02596
19.
Zurück zum Zitat Neill, C., Roushan, P., Kechedzhi, K., Boixo, S., Isakov, S.V., Smelyanskiy, V., Megrant, A., Chiaro, B., Dunsworth, A., Arya, K., et al.: A blueprint for demonstrating quantum supremacy with superconducting qubits. Science 360(6385), 195–199 (2018) Neill, C., Roushan, P., Kechedzhi, K., Boixo, S., Isakov, S.V., Smelyanskiy, V., Megrant, A., Chiaro, B., Dunsworth, A., Arya, K., et al.: A blueprint for demonstrating quantum supremacy with superconducting qubits. Science 360(6385), 195–199 (2018)
21.
Zurück zum Zitat Preskill, J.: Quantum computing in the nisq era and beyond. Quantum 2, 79 (2018) Preskill, J.: Quantum computing in the nisq era and beyond. Quantum 2, 79 (2018)
22.
Zurück zum Zitat Raginsky, M.: Scaling and renormalization in fault-tolerant quantum computers. Quantum Inf. Process. 2(3), 249–258 (2003)MathSciNetCrossRef Raginsky, M.: Scaling and renormalization in fault-tolerant quantum computers. Quantum Inf. Process. 2(3), 249–258 (2003)MathSciNetCrossRef
23.
Zurück zum Zitat Shor, P.W.: Fault-tolerant quantum computation. In: Proceedings of 37th Annual Symposium on Foundations of Computer Science, 1996, pp. 56–65. IEEE (1996) Shor, P.W.: Fault-tolerant quantum computation. In: Proceedings of 37th Annual Symposium on Foundations of Computer Science, 1996, pp. 56–65. IEEE (1996)
24.
Zurück zum Zitat Shor, P.W.: Polynomial-time algorithms for prime factorization and discrete logarithms on a quantum computer. SIAM Rev. 41(2), 303–332 (1999)MathSciNetCrossRefADS Shor, P.W.: Polynomial-time algorithms for prime factorization and discrete logarithms on a quantum computer. SIAM Rev. 41(2), 303–332 (1999)MathSciNetCrossRefADS
26.
Zurück zum Zitat Tansuwannont, T.: Flag fault-tolerant error correction for cyclic css codes. Master’s thesis, University of Waterloo (2018) Tansuwannont, T.: Flag fault-tolerant error correction for cyclic css codes. Master’s thesis, University of Waterloo (2018)
27.
Zurück zum Zitat Wecker, D., Svore, K.M.: Liqui\(\vert >\): A software design architecture and domain-specific language for quantum computing (2014). arXiv:1402.4467 Wecker, D., Svore, K.M.: Liqui\(\vert >\): A software design architecture and domain-specific language for quantum computing (2014). arXiv:​1402.​4467
28.
Zurück zum Zitat Weinstein, Y.S.: Syndrome measurement order for the [[7, 1, 3]] quantum error correction code. Quantum Inf. Process. 15(3), 1263–1271 (2016)MathSciNetCrossRefADS Weinstein, Y.S.: Syndrome measurement order for the [[7, 1, 3]] quantum error correction code. Quantum Inf. Process. 15(3), 1263–1271 (2016)MathSciNetCrossRefADS
29.
Zurück zum Zitat Yoder, T.J., Takagi, R., Chuang, I.L.: Universal fault-tolerant gates on concatenated stabilizer codes. Phys. Rev. X 6(3), 031039 (2016) Yoder, T.J., Takagi, R., Chuang, I.L.: Universal fault-tolerant gates on concatenated stabilizer codes. Phys. Rev. X 6(3), 031039 (2016)
Metadaten
Titel
Pieceable fault tolerant conversion between 5-qubit code and 7-CSS code
verfasst von
Chen Lin
GuoWu Yang
QingBin Luo
XiaoYu Li
Publikationsdatum
01.08.2020
Verlag
Springer US
Erschienen in
Quantum Information Processing / Ausgabe 8/2020
Print ISSN: 1570-0755
Elektronische ISSN: 1573-1332
DOI
https://doi.org/10.1007/s11128-020-02740-3

Weitere Artikel der Ausgabe 8/2020

Quantum Information Processing 8/2020 Zur Ausgabe

Neuer Inhalt