Error-correcting codes for fermionic quantum simulation
Creators
- 1. Peking University
- 2. Joint Quantum Institute
- 3. University of Maryland, College Park
Description
Utilizing the framework of \mathbb{Z}_2 ℤ2 lattice gauge theories in the context of Pauli stabilizer codes, we present methodologies for simulating fermions via qubit systems on a two-dimensional square lattice. We investigate the symplectic automorphisms of the Pauli module over the Laurent polynomial ring. This enables us to systematically increase the code distances of stabilizer codes while fixing the rate between encoded logical fermions and physical qubits. We identify a family of stabilizer codes suitable for fermion simulation, achieving code distances of d=2,3,4,5,6,7, allowing correction of any \lfloor \frac{d-1}{2} \rfloor ⌊d−12⌋ -qubit error. In contrast to the traditional code concatenation approach, our method can increase the code distances without decreasing the (fermionic) code rate. In particular, we explicitly show all stabilizers and logical operators for codes with code distances of d=3,4,5. We provide syndromes for all Pauli errors and invent a syndrome-matching algorithm to compute code distances numerically.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
باستخدام إطار\mathbb{Z} _2 2 نظريات قياس اللاتكس في سياق رموز مثبت باولي، نقدم منهجيات لمحاكاة الفرميونات عبر أنظمة الكيوبت على اللاتكس المربع ثنائي الأبعاد. نحن نحقق في التشكيل الذاتي الودي لوحدة باولي على حلقة لوران متعددة الحدود. وهذا يمكننا من زيادة مسافات التعليمات البرمجية لرموز المثبت بشكل منهجي مع تحديد المعدل بين الفرميونات المنطقية المشفرة والكيوبتات المادية. نحدد مجموعة من رموز المثبت المناسبة لمحاكاة فيرميون، مما يحقق مسافات رمز d= 2,3,4,5,6,7، مما يسمح بتصحيح أي\lfloor \frac{d -1 }{ 2}\rfloor -12 ’ خطأ في الكيوبت. على النقيض من نهج تسلسل التعليمات البرمجية التقليدي، يمكن لطريقتنا زيادة مسافات التعليمات البرمجية دون تقليل معدل التعليمات البرمجية (فيرميونيك). على وجه الخصوص، نعرض بوضوح جميع المثبتات والعوامل المنطقية للرموز ذات مسافات الشفرة d=3,4,5. نحن نقدم متلازمات لجميع أخطاء باولي ونخترع خوارزمية مطابقة للمتلازمة لحساب مسافات التعليمات البرمجية عدديًا.Translated Description (English)
Using the framework of \mathbb{Z}_2 2 latex gauge theories in the context of Pauli stabilizer codes, we present methodologies for simulating fermions via qubit systems on a two-dimensional square latex. We investigate the symplectic automorphisms of the Pauli module over the Laurent polynomial ring. This enables us to systematically increase the code distances of stabilizer codes while fixing the rate between encoded logical fermions and physical qubits. We identify a family of stabilizer codes suitable for fermion simulation, achieving code distances of d= 2,3,4,5,6,7, allowing correction of any\lfloor \frac{d-1}{2} \rfloor â €™ d−1 2’ -qubit error. In contrast to the traditional code concatenation approach, our method can increase the code distances without decreasing the (fermionic) code rate. In particular, we explicitly show all stabilizers and logical operators for codes with code distances of d=3,4,5. We provide syndromes for all Pauli errors and invent a syndrome-matching algorithm to compute code distances numerically.Translated Description (French)
En utilisant le cadre des théories de jauge de latex\mathbb{Z}_2 2 dans le contexte des codes stabilisateurs de Pauli, nous présentons des méthodologies pour simuler des fermions via des systèmes de qubit sur un latex carré bidimensionnel. Nous étudions les automorphismes symplectiques du module de Pauli sur l'anneau polynomial de Laurent. Cela nous permet d'augmenter systématiquement les distances de code des codes stabilisateurs tout en fixant le taux entre les fermions logiques codés et les qubits physiques. Nous identifions une famille de codes stabilisateurs adaptés à la simulation de fermions, atteignant des distances de code de d= 2,3,4,5,6,7, permettant la correction de toute erreur\lfloor \frac{d-1}{2} \rfloor â € ™ d−1 2†™ -qubit. Contrairement à l'approche traditionnelle de concaténation de code, notre méthode peut augmenter les distances de code sans diminuer le débit de code (fermionique). En particulier, nous montrons explicitement tous les stabilisateurs et opérateurs logiques pour les codes avec des distances de code de d=3,4,5. Nous fournissons des syndromes pour toutes les erreurs de Pauli et inventons un algorithme d'appariement des syndromes pour calculer numériquement les distances de code.Translated Description (Spanish)
Utilizando el marco de \mathbb{Z}_2 2 latex gauge theories en el contexto de los códigos estabilizadores de Pauli, presentamos metodologías para simular fermiones a través de sistemas qubit en un látex cuadrado bidimensional. Investigamos los automorfismos simplécticos del módulo de Pauli sobre el anillo polinómico de Laurent. Esto nos permite aumentar sistemáticamente las distancias de código de los códigos estabilizadores mientras fijamos la tasa entre los fermiones lógicos codificados y los qubits físicos. Identificamos una familia de códigos estabilizadores adecuados para la simulación de fermiones, logrando distancias de código de d= 2,3,4,5,6,7, permitiendo la corrección de cualquier error de\lfloor \frac{d-1}{2} \rfloor â €™ d−1 2’ -qubit. En contraste con el enfoque tradicional de concatenación de código, nuestro método puede aumentar las distancias de código sin disminuir la tasa de código (fermiónica). En particular, mostramos explícitamente todos los estabilizadores y operadores lógicos para códigos con distancias de código de d=3,4,5. Proporcionamos síndromes para todos los errores de Pauli e inventamos un algoritmo de coincidencia de síndrome para calcular las distancias de código numéricamente.Files
pdf.pdf
Files
(409.0 kB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:014aff9988304219c376ba7bf7ee5bad
|
409.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- رموز تصحيح الخطأ لمحاكاة الكم فيرميونيك
- Translated title (English)
- Error-correcting codes for fermionic quantum simulation
- Translated title (French)
- Codes correcteurs d'erreurs pour la simulation quantique fermionique
- Translated title (Spanish)
- Códigos de corrección de errores para la simulación cuántica fermiónica
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4391263114
- DOI
- 10.21468/scipostphys.16.1.033
References
- https://openalex.org/W1663839511
- https://openalex.org/W1740640945
- https://openalex.org/W1831774655
- https://openalex.org/W1870671750
- https://openalex.org/W1979591111
- https://openalex.org/W2027003240
- https://openalex.org/W2030867075
- https://openalex.org/W2045176588
- https://openalex.org/W2052146120
- https://openalex.org/W2056326955
- https://openalex.org/W2061320730
- https://openalex.org/W2085721515
- https://openalex.org/W2135273380
- https://openalex.org/W2141708961
- https://openalex.org/W2414767596
- https://openalex.org/W2467626191
- https://openalex.org/W2618411197
- https://openalex.org/W2741557052
- https://openalex.org/W2883994720
- https://openalex.org/W2894814555
- https://openalex.org/W2903803234
- https://openalex.org/W2907998648
- https://openalex.org/W2950610874
- https://openalex.org/W2953464237
- https://openalex.org/W2969396339
- https://openalex.org/W3014963273
- https://openalex.org/W3045571401
- https://openalex.org/W3098130720
- https://openalex.org/W3098552407
- https://openalex.org/W3099621369
- https://openalex.org/W3099681702
- https://openalex.org/W3099874397
- https://openalex.org/W3100008668
- https://openalex.org/W3103147273
- https://openalex.org/W3105646305
- https://openalex.org/W3106077985
- https://openalex.org/W3181195852
- https://openalex.org/W3206809046
- https://openalex.org/W3213857695
- https://openalex.org/W3213933684
- https://openalex.org/W4223891404
- https://openalex.org/W4226039785
- https://openalex.org/W4285071115
- https://openalex.org/W4286900059
- https://openalex.org/W4287661988
- https://openalex.org/W4287826190
- https://openalex.org/W4293463471
- https://openalex.org/W4295006337
- https://openalex.org/W4300979693
- https://openalex.org/W4304891715
- https://openalex.org/W4305038077
- https://openalex.org/W4308756368
- https://openalex.org/W4310514450
- https://openalex.org/W4319323755
- https://openalex.org/W4323555788
- https://openalex.org/W4324046664
- https://openalex.org/W4324297583
- https://openalex.org/W4366986260
- https://openalex.org/W4376134240
- https://openalex.org/W4376639540
- https://openalex.org/W4386065204