The overheads of classical decoding for quantum error correction on superconducting quantum systems grow rapidly with the number of logical qubits and their correction code distance. Decoding at room temperature is bottle-necked by refrigerator I/O bandwidth while cryogenic on-chip decoding is limited by area/power/thermal budget. To overcome these overheads, we are motivated by the observation that in the common case, error signatures are fairly trivial with high redundancy/sparsity, since the error correction codes are over-provisioned to correct for uncommon worst-case complex scenarios (to ensure substantially low logical error rates). If suitably exploited, these trivial signatures can be decoded and corrected with insignificant overhead, thereby alleviating the bottlenecks described above, while still handling the worst-case complex signatures by state-of-the-art means. Our proposal, targeting Surface Codes, consists of: 1) Clique: A lightweight decoder for decoding and correcting trivial common-case errors, designed for the cryogenic domain. The decoder is implemented for SFQ logic. 2) A statistical confidence-based technique for off-chip decoding bandwidth allocation, to efficiently handle rare complex decodes which are not covered by the on-chip decoder. 3) A method for stalling circuit execution, for the worst-case scenarios in which the provisioned off-chip bandwidth is insufficient to complete all requested off-chip decodes. In all, our proposal enables 70-99+% off-chip bandwidth elimination across a range of logical and physical error rates, without significantly sacrificing the accuracy of state-of-the-art off-chip decoding. By doing so, it achieves 10-10000x bandwidth reduction over prior off-chip bandwidth reduction techniques. Furthermore, it achieves a 15-37x resource overhead reduction compared to prior on-chip-only decoding.


翻译:用于超导量子系统量子校正的古典解码管理费管理费管理费在超导量系统上由于逻辑二次比特数量及其校正代码距离而迅速增长。 室内温度下调由冰箱 I/ O 带宽中装瓶颈, 而芯片低温解码则受地区/电力/热预算的限制。 要克服这些间接费管理费管理费管理费, 我们的动机是,在常见情况下,错误代号是相当微不足道的,因为错误校正代码被过多地用于纠正异常最坏的复杂情况(以确保逻辑误差率低得多 ) 。 如果适当地利用, 这些微不足道的代号可以被冰箱 I/O 带宽带宽带宽带宽的带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽带宽, 平平平平平平平平平平平平平平平平路距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距距, 。

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