QECOOL: On-Line Quantum Error Correction with a Superconducting Decoder for Surface Code
QECOOL: On-Line Quantum Error Correction with a Superconducting Decoder for Surface Code
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QECOOL：使用超导解码器对表面代码进行在线量子纠错
DOI：
10.1109/dac18074.2021.9586326
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Tabuchi Yutaka
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ueno Yosuke;Kondo Masaaki;Tanaka Masamitsu;Suzuki Yasunari;Tabuchi Yutaka
由于量子位的容错性较低，检测和纠正量子位上的错误对于容错量子计算至关重要。与其解码算法相关的表面码（SC）是最有前途的量子纠错（QEC）方法之一。 QEC 需要非常节能，因为超导量子位的稀释冰箱内部的功率预算有限，最成功的量子计算机 (QC) 就是通过超导量子位构建的。在本文中，我们提出了一种在线QEC算法及其使用基于SFQ的超导数字电路的硬件实现。我们使用 SFQ 单元库设计了所提出硬件的关键构建块，并通过 SPICE 级仿真对其进行评估。每个逻辑元件由约3000个约瑟夫森结组成，功耗约为2GHz时钟频率工作时的功耗，满足所需的解码速度。我们的解码器在量子误差模拟器上针对代码距离 5 到 13 进行模拟，并达到 1.0% 的准确度阈值。
Due to the low error tolerance of a qubit, detecting and correcting errors on it is essential for fault-tolerant quantum computing. Surface code (SC) associated with its decoding algorithm is one of the most promising quantum error correction (QEC) methods. QEC needs to be very power-efficient since the power budget is limited inside of a dilution refrigerator for superconducting qubits by which one of the most successful quantum computers (QCs) is built. In this paper, we propose an online-QEC algorithm and its hardware implementation with SFQ based superconducting digital circuits. We design a key building block of the proposed hardware with an SFQ cell library and evaluate it by the SPICE-level simulation. Each logic element is composed of about 3000 Josephson junctions and power consumption is aboutwhen operating with 2 GHz clock frequency which meets the required decoding speed. Our decoder is simulated on a quantum error simulator for code distances 5 to 13 and achieves a 1.0% accuracy threshold.
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