We prove a fault-tolerance theorem for quantum computation against adversarial noise. For every quantum circuit on $\bar{N}$ logical qudits of depth $\bar{T}$, we construct a fault-tolerant circuit on $N=\text{poly}(\bar{N})$ physical qudits of depth $\bar{T}\cdot\bar{N}^{o(1)}$, which is robust against an adversary who may arbitrarily choose and corrupt an almost-linear number $N^{1-o(1)}$ of physical qudits at each time step. This robustness significantly improves upon prior fault-tolerance theorems, which assumed corruptions were either local and stochastic, or else only act on a polynomially vanishing fraction of qudits. Our fault-tolerance scheme addresses a key bottleneck towards constructing quantum PCPs via the circuit-to-Hamiltonian mapping of Anshu, Breuckmann, and Nguyen (STOC'24). More fundamentally, our result demonstrates that fault-tolerant quantum computation remains possible under noise models that are global, worst-case, and non-Markovian over the full duration of the computation, directly countering concerns that correlated noise could fundamentally undermine quantum fault tolerance. Our construction is based on a new family of subsystem product codes we develop, which have large dimension and distance along with low-weight parity-checks, and which support transversal non-Clifford gates. We show how to perform single-shot fault-tolerant error correction on these codes using a Floquet-like procedure based on the local testability of classical tensor codes. We then obtain a universal fault-tolerance scheme using repeated code switching in a hypercubic qudit architecture. Finally, we recursively compose our scheme with itself to reduce an initially exponential qudit dimension down to a constant.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。对照于传统的通用计算机,其理论模型是通用图灵机;通用的量子计算机,其理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。从可计算的问题来看,量子计算机只能解决传统计算机所能解决的问题,但是从计算的效率上,由于量子力学叠加性的存在,目前某些已知的量子算法在处理问题时速度要快于传统的通用计算机。

知识荟萃

精品入门和进阶教程、论文和代码整理等

更多

查看相关VIP内容、论文、资讯等
【剑桥大学-算法手册】Advanced Algorithms, Artificial Intelligence
专知会员服务
37+阅读 · 2024年11月11日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
腾讯:机器学习构建通用的数据异常检测平台
全球人工智能
11+阅读 · 2018年5月1日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
动手写机器学习算法:异常检测 Anomaly Detection
七月在线实验室
11+阅读 · 2017年12月8日
关于处理样本不平衡问题的Trick整理
机器学习算法与Python学习
14+阅读 · 2017年12月3日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
4+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
迈向更智慧的军事情报
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《美国陆军2026年野战手册 2-0 情报》
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《基于启发式算法求解武器-目标分配问题》
专知会员服务
7+阅读 · 10月12日
《美陆军最新条令出版物 2-0 情报》
专知会员服务
8+阅读 · 10月10日
电子战测试与训练靶场:战前验证战备状态
专知会员服务
3+阅读 · 10月10日
《美国陆军如何作战》46页最新报告
专知会员服务
9+阅读 · 10月10日
相关VIP内容
【剑桥大学-算法手册】Advanced Algorithms, Artificial Intelligence
专知会员服务
37+阅读 · 2024年11月11日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
腾讯:机器学习构建通用的数据异常检测平台
全球人工智能
11+阅读 · 2018年5月1日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
动手写机器学习算法:异常检测 Anomaly Detection
七月在线实验室
11+阅读 · 2017年12月8日
关于处理样本不平衡问题的Trick整理
机器学习算法与Python学习
14+阅读 · 2017年12月3日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员