Large-scale quantum information processing requires the use of quantum error correcting codes to mitigate the effects of noise in quantum devices. Topological error-correcting codes, such as surface codes, are promising candidates as they can be implemented using only local interactions in a two-dimensional array of physical qubits. Procedures such as defect braiding and lattice surgery can then be used to realize a fault-tolerant universal set of gates on the logical space of such topological codes. However, error correction also introduces a significant overhead in computation time, the number of physical qubits, and the number of physical gates. While optimizing fault-tolerant circuits to minimize this overhead is critical, the computational complexity of such optimization problems remains unknown. This ambiguity leaves room for doubt surrounding the most effective methods for compiling fault-tolerant circuits for a large-scale quantum computer. In this paper, we show that the optimization of a special subset of braided quantum circuits is NP-hard by a polynomial-time reduction of the optimization problem into a specific problem called Planar Rectilinear 3SAT.


翻译:大型量子信息处理需要使用量子误差校正码来减轻量子装置噪音的影响。表层码等地形误差校正码是很有希望的候选人,因为它们只能使用二维方位方位的局部互动来实施。然后,可以使用缺陷编织和拉特式外科手术等程序来在这种层层码的逻辑空间上实现一套能容错的通用门。但是,错误校正还引入了计算时间、物理二次方位数和物理门数方面的大量间接费用。尽管优化容错电路以尽量减少这种顶端十分关键,但这种优化问题的计算复杂性仍然不为人所知。这种模糊性使人们对汇编大型量子计算机的容错电路的最有效方法产生怀疑。在本文中,我们表明,由于将最优化问题减到一个称为Planar Redilinear 3SAT的具体问题中,使一个特殊组子节度子量子电路的优化因多度时间减少而难以达到。

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