Generative Datenintelligenz

Verkettungsschemata zur topologischen fehlertoleranten Quantenfehlerkorrektur

Datum:

Zhaoyi Li1, Isaac Kim2, und Patrick Hayden1

1Institut für Physik, Stanford University, Stanford, CA 94305, USA
2Institut für Informatik, University of California, Davis, CA 95616, USA

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Abstrakt

Wir untersuchen eine Familie fehlertoleranter Quantenfehlerkorrekturverfahren, die auf der Verkettung kleiner Fehlererkennungs- oder Fehlerkorrekturcodes mit dem dreidimensionalen Clusterzustand basieren. Wir schlagen fehlertolerante Zustandsvorbereitungs- und Dekodierungsschemata vor, die jeden Fehler auf Schaltungsebene effektiv in einen Löschfehler umwandeln und dabei den hohen Schwellenwert des Clusterzustands gegen solche Fehler nutzen. Wir finden eine Reihe von Codes, für die eine solche Konvertierung möglich ist, und untersuchen ihre Leistung im Vergleich zum Standard-Depolarisierungsmodell auf Schaltkreisebene. Unser leistungsstärkstes Schema, das auf einer Verkettung mit einem klassischen Code basiert, verbessert den Schwellenwert um 16.5 %$ und verringert den Raumzeit-Overhead um 32 %$ im Vergleich zum Schema ohne Verkettung, wobei jedes Schema einer physikalischen Fehlerrate von 10 $ unterliegt ^{-3}$ und das Erreichen einer logischen Fehlerrate von $10^{-6}$.

Die Zähmung von Fehlern ist eine der größten Herausforderungen beim Aufbau eines zuverlässigen Quantencomputers. Einer der führenden Ansätze zur Lösung dieses Problems besteht darin, einen Ressourcenzustand zu verwenden, der für fehlertolerante Quantenberechnungen verwendet werden kann, beispielsweise den dreidimensionalen (3D) Clusterzustand. In dieser Studie skizzieren wir eine neue Methode zur Erweiterung der Fehlerkorrekturfähigkeit des 3D-kubisch-raumzentrierten Clusterzustands (bcc) mit einem kleinen Fehlererkennungscode, wodurch seine Fehlertoleranz verbessert wird. Unser Ansatz kann unbekannte Fehler in Löschungen an bekannten Stellen umwandeln und so die Korrektur der Fehler erleichtern. Wir untersuchen numerisch und analytisch die Leistung unseres Ansatzes und zeigen schlüssig, dass unser Ansatz den herkömmlichen bcc-Clusterzustand unter realistischen Rauschmodellen übertrifft. Unsere Techniken erweitern unser Toolkit zum Aufbau eines robusten Quantencomputers.

► BibTeX-Daten

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[58] Christophe Vuillot, Hamed Asasi, Yang Wang, Leonid P. Pryadko und Barbara M. Terhal. Quantenfehlerkorrektur mit dem torischen Gottesman-Kitaev-Preskill-Code. Physical Review A, 99 (3): 032344, 2019. https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.99.032344.
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[59] Chenyang Wang, Jim Harrington und John Preskill. Confinement-Higgs-Übergang in einer ungeordneten Eichtheorie und die Genauigkeitsschwelle für das Quantengedächtnis. Annals of Physics, 303 (1): 31–58, Januar 2003. 10.1016/​s0003-4916(02)00019-2. URL https://​/​doi.org/​10.1016.
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[60] David S. Wang, Austin G. Fowler und Lloyd CL Hollenberg. Oberflächencode-Quantencomputing mit Fehlerraten über 1 %. Physical Review A, 83 (2): 020302, 2011. https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.83.020302.
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[61] Yang Wang. Quantenfehlerkorrektur mit dem GKP-Code und Verkettung mit Stabilisatorcodes. arXiv-Vorabdruck arXiv:1908.00147, 2019. https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1908.00147.
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[62] Fern HE Watson und Sean D Barrett. Logische Fehlerratenskalierung des torischen Codes. New Journal of Physics, 16 (9): 093045, 2014. https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​9/​093045.
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[63] Yue Wu, Shimon Kolkowitz, Shruti Puri und Jeff D. Thompson. Löschkonvertierung für fehlertolerantes Quantencomputing in Erdalkali-Rydberg-Atom-Arrays. arXiv-Vorabdruck arXiv:2201.03540, 2022. https://​/​doi.org/​10.1038/​s41467-022-32094-6.
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[64] Hayata Yamasaki, Kosuke Fukui, Yuki Takeuchi, Seiichiro Tani und Masato Koashi. Hochgradig fehlertolerante messbasierte Quantenberechnung mit Polylog-Overhead: All-Gauß-Implementierung mit Gottesman-Kitaev-Preskill-Code. arXiv-Vorabdruck arXiv:2006.05416, 2020. https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2006.05416.
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arXiv: 2006.05416

Zitiert von

[1] Thomas J. Bell, Love A. Pettersson und Stefano Paesani, „Optimierung von Diagrammcodes für messbasierte Verlusttoleranz“, PRX-Quantum 4 2, 020328 (2023).

[2] Dimiter Ostrev, Davide Orsucci, Francisco Lázaro und Balazs Matuz, „Klassische Produktcodekonstruktionen für Calderbank-Shor-Steane-Quantencodes“, arXiv: 2209.13474, (2022).

Die obigen Zitate stammen von SAO / NASA ADS (Zuletzt erfolgreich aktualisiert am 2023, 08:23:02 Uhr). Die Liste ist möglicherweise unvollständig, da nicht alle Verlage geeignete und vollständige Zitationsdaten bereitstellen.

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