一个量子纠错新技艺，量子比特开销较“外表码”低4.3倍

2021-8-24 10:56| 发布者: wdb| 查看: 53| 评论: 0|原作者: [db:作者]|来自: [db:来源]

摘要: 一个量子纠错新技艺，量子比特开销较“外表码”低4.3倍，更多技术资讯关注我们。

伦敦大学学院探讨者Oscar Higgott和Nikolas P. Breuckmann推荐了一个运用规范修正来明显提升子体系编码的量子纠错功能的技艺，可用于建立量子计算机。该探讨于本地时间8月19日发表在世界知名学术期刊《Physical Review X》，标题为《Subsystem Codes with High Thresholds by Gauge Fixing and Reduced Qubit Overhead》（经过规范修正和降低量子比特开销实现高阈值的子体系编码）“量子计算机应用量子力学景象（如叠加和纠缠）能够比惯例计算机更快地解决某些特定难题。然则，建立一种有效的量子计算机面对的第一大挑战之一是单个组件（称为量子比特）不完美，且简单出错。”Higgott对全球新闻（www.89o.cn）记者推荐道，“因而，须要运用量子纠错码，经过增添冗余来纠正这点错误。最盛行的纠错码是外表码，众多科技企业计划将其作为建立大范围容错量子计算机路线图的一部分。”量子计算机会与环境相互效用，让得量子叠加态没有办法持续，导致量子计算失去优势。量子纠错码则可经过将单个比特的消息编码到若干比特上发展纠错。日前看来，在错误率低于阈值的概况下，庞大的量子比特数量是实现容错量子计算的最重要的阻碍——即使是在现实噪声模子下体现最佳的纠错码——外表码，依然会发生十分大的物理资源开销。外表码存留三个缺点：第一，大约须要数千个物理量子比特来编码每个逻辑量子比特，以便在实质噪声范畴内发展容错量子计算。第二，外表码在其操作中运用四量子比特测量，关于众多量子计算架构来讲这很大了。第三，在众多设施中经过实验观看到的错误率依然超出阈值，而且外表码的准则实现不太符合料理某些物理体系中可能显露的有偏差噪声模子（biased noise models）。此项事业中，探讨人士经过为子体系码导入新的解码技艺和构造来解决这三个难题。“咱们的事业中，咱们导入了以多个形式改良外表码的新技艺和纠错码。咱们的新技艺应允一个叫子体系码的纠错码容忍多达0.2%的错误率。这意指着在某些物理体系中，有可能运用更易于生产的组件来建立量子计算机。”“咱们还导入了新的纠错码（子体系双曲线码），它比外表码更有用，而且比外表码所需的量子比特降低 4.3 倍。新编码形式最符合用于组件之中具备良好接连性的物理体系（比如离子阱或光子体系）。”Higgott显示。子体系码是稳固子码的轻微泛化，它只应用了运用可用编码自由度的子集。子体系码可经过降低所涉及的物理量子比特的数量，或许在校验权重相当大的概况下使协助比特具有容错能力，来简单化作为纠错程序一部分的测量。另外，子体系码应允可用于控制编码的量子消息的规范修正（gauge fixing）的进程。子体系码的这点优势促使实验者尝试用此来实现容错量子计算。然则，源于其高权重稳固子，子体系码平常具备较轻的阈值。源于少许逻辑量子比特不用于编码消息，他们平常也耗费更多的量子比特资源。探讨人士经过建立一种新的子体系码系列来克服这点缺点，该系列具备仅须要三个量子比特测量的局限编码率。探讨人士将这点编码称为子体系双曲线和子体系半双曲线码（subsystem hyperbolic and subsystem semi-hyperbolic codes）。探讨声明，经过改变发展测量的顺序，子体系编码可行容忍更多的错误，尤其是在噪声倾向相位错误的现实情景中。Higgot 显示：“尽管子体系码此前被以为有少许缺点，但它也应允一种叫规范修正的程序，它可行让咱们在计算工程中更改码。在咱们发表的论文中，咱们声明了规范修正可用于增添子体系码可行容忍的噪声量。咱们还导入了一种新的子体系码系列，其量子比特开销比外表码更小。”探讨人士导入的解码技艺称为schedule-induced gauge fixing，能够提升多个子体系码的纠错功能（尤其在有偏差的噪声模子下）。该技艺可利用在软件中，而不要对底层硬件交互发展更改。这应允编码和解码器都针对噪声模子发展定制，即便器件生产此前没有办法对其发展十足表征。它们发觉，经过在与电路级噪声配合的要求下模拟其子体系码的功能，它们的编码可行用比外表码少4.3倍的物理量子比特、比当前最好子体系码少 5.1 倍的量子比特来达到同样的物理错误率。Breuckmann说：“据咱们所知，在这类实用电路级去极化噪声体制中，咱们提议的编码在量子比特开销方面优于全部已知的量子纠错编码。”该团队期望它们的事业能够激起运用相似原理设置的新系列量子纠错码的建立，进一步降低容错量子计算的开销。“期望咱们的事业可行下降建立容错量子计算机的本钱。咱们用于量子纠错的新方法可能应允运用更少、更廉价的组件来建立量子计算机。”Higgot显示。

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