تصحيح الخطأ الكمي باستخدام الرموز الطوبولوجية الكسورية

تصحيح الخطأ الكمي باستخدام الرموز الطوبولوجية الكسورية

اربيت دوا1، توماس يوشيم أوكونور2,3، وجوانيو تشو2,3

1قسم الفيزياء ومعهد المعلومات الكمومية والمادة، معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، باسادينا، كاليفورنيا 91125 الولايات المتحدة الأمريكية
2IBM Quantum، مركز أبحاث IBM TJ Watson، يوركتاون هايتس، نيويورك 10598 الولايات المتحدة الأمريكية
3مركز أبحاث آي بي إم ألمادن، سان خوسيه، كاليفورنيا 95120، الولايات المتحدة الأمريكية

تجد هذه الورقة مثيرة للاهتمام أو ترغب في مناقشة؟ Scite أو ترك تعليق على SciRate.

ملخص

في الآونة الأخيرة، تم إنشاء فئة من أكواد السطح الفركتلية (FSCs) على شبكات كسورية بأبعاد Hausdorff $2+epsilon$، والتي تعترف ببوابة Clifford CCZ غير المتسامحة مع الأخطاء [1]. نحن نتحقق من أداء هذه الخلايا الجذعية السرطانية مثل الذكريات الكمومية المتسامحة مع الأخطاء. لقد أثبتنا وجود استراتيجيات فك تشفير ذات عتبات غير صفرية لأخطاء قلب البتات وقلب الطور في FSCs ذات بُعد Hausdorff $2+epsilon$. بالنسبة لأخطاء انعكاس البتات، نقوم بتكييف وحدة فك ترميز الاجتياح، التي تم تطويرها للمتلازمات الشبيهة بالسلسلة في الكود السطحي ثلاثي الأبعاد العادي، مع FSCs من خلال تصميم تعديلات مناسبة على حدود الثقوب الموجودة في الشبكة الكسورية. يحافظ تكييفنا لجهاز فك التشفير الكاسح لـ FSCs على طبيعته ذاتي التصحيح والطلقة الواحدة. بالنسبة لأخطاء قلب الطور، نستخدم وحدة فك تشفير الحد الأدنى للوزن المثالي (MWPM) للمتلازمات الشبيهة بالنقطة. لقد أبلغنا عن عتبة مستدامة للتسامح مع الأخطاء (sim 3%$) في ظل الضوضاء الظاهرية لمفكك تشفير الاجتياح وعتبة سعة الكود (يحدها أقل بمقدار $1.7%$) لمفكك تشفير MWPM لـ FSC معين مع بُعد Hausdorff $D_Happrox2.95 $. يمكن تعيين الأخير إلى الحد الأدنى للنقطة الحرجة لانتقال الحبس-هيغز على الشبكة الكسورية، والتي يمكن ضبطها عبر بُعد هاوسدورف.

تعد الرموز الطوبولوجية فئة مهمة من رموز تصحيح الأخطاء بسبب التفاعلات المحلية والعتبات العالية لتصحيح الأخطاء. في الماضي، تمت دراسة هذه الرموز على نطاق واسع على شبكات منتظمة ذات أبعاد $D$ تتوافق مع فسيفساء المتشعبات. يعد عملنا أول دراسة لبروتوكولات تصحيح الأخطاء وأجهزة فك التشفير على الشبكات الفركتلية، والتي يمكن أن تقلل بشكل كبير من الحمل الزمكاني للحساب الكمي الشامل المتسامح مع الأخطاء. لقد تغلبنا على التحدي المتمثل في فك التشفير في وجود ثقوب على جميع مقاييس الطول في الشبكة الكسورية. على وجه الخصوص، نقدم وحدات فك التشفير ذات عتبات تصحيح خطأ غير صفرية لكل من المتلازمات الشبيهة بالنقطة والسلسلة على الشبكة الكسورية. ومن اللافت للنظر أن الخصائص المرغوبة للتصحيح الذاتي والتصحيح الفردي للمتلازمات الشبيهة بالسلسلة لا تزال محفوظة في مخطط فك التشفير الخاص بنا، حتى عندما يقترب البعد الكسري من اثنين. كان يُعتقد أن مثل هذه الخصائص ممكنة فقط في الرموز ثلاثية الأبعاد (أو أعلى).

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] جوانيو تشو، وتوماس يوشيم أوكونور، وأربيت دوا. "النظام الطوبولوجي والأكواد الكمومية والحساب الكمي على الأشكال الهندسية الكسورية" (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.030338

[2] SB Bravyi و A. Yu. كيتاييف. "رموز الكم على شعرية مع الحدود" (1998). arXiv: كوانت ف / 9811052.
أرخايف: ضليع في الرياضيات، وعل / 9811052

[3] أليكسي واي كيتيف. “الحساب الكمي المتسامح مع الأخطاء بواسطة الأنيونات”. حوليات الفيزياء 303، 2-30 (2003).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0003-4916(02)00018-0

[4] إريك دينيس وأليكسي كيتاييف وأندرو لاندال وجون بريسكيل. "الذاكرة الكمومية الطوبولوجية". مجلة الفيزياء الرياضية 43 ، 4452-4505 (2002).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1499754

[5] H. بومبين وما مارتن ديلجادو. “التقطير الكمي الطوبولوجي”. رسائل المراجعة البدنية 97 (2006).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.97.180501

[6] أوستن جي فاولر ، وماتيو ماريانتوني ، وجون إم مارتينيس ، وأندرو إن كليلاند. "رموز السطح: نحو حساب كمومي عملي واسع النطاق". مراجعة البدنية أ 86 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.86.032324

[7] سيرجي برافي وروبرت كونيج. "تصنيف البوابات المحمية طوبولوجياً لرموز التثبيت المحلية". رسائل المراجعة البدنية 110 (2013).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.110.170503

[8] توماس يوشيم أوكونور، وألكسندر كوبيكا، وتيودور ج. يودر. “تفكك رموز التثبيت والقيود على البوابات المنطقية المتسامحة مع الأخطاء”. فيز. القس X 8، 021047 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021047

[9] سيرجي برافي وأليكسي كيتايف. “حساب الكم العالمي مع بوابات كليفورد المثالية والملحقات الصاخبة”. فيز. القس أ 71، 022316 (2005).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.022316

[10] دانيال ليتينسكي. "لعبة رموز السطح: الحوسبة الكمومية واسعة النطاق مع جراحة الشبكية". الكم 3 ، 128 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-03-05-128

[11] مايكل أ. ليفين و Xiao-Gang Wen. "تكثيف الشبكة الوترية: آلية فيزيائية للمراحل الطوبولوجية". فيز. القس ب 71 ، 045110 (2005).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.71.045110

[12] روبرت كونيج، جريج كوبربيرج، وبن دبليو ريتشاردت. “الحساب الكمي مع رموز تورايف-فيرو”. حوليات الفيزياء 325، 2707-2749 (2010).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2010.08.001

[13] ألكسيس شوت، وجوانيو تشو، ولاندر بورجلمان، وفرانك فيرستريت. “عتبات تصحيح الخطأ الكمي لرمز فيبوناتشي تورايف-فيرو العالمي”. فيز. القس X 12، 021012 (2022).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.021012

[14] جوانيو تشو، علي لافاساني، وميسام باركشلي. “البوابات المنطقية العالمية على البتات المشفرة طوبولوجياً عبر دوائر وحدوية ذات عمق ثابت”. فيز. القس ليت. 125, 050502 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.050502

[15] علي لافاساني، جوانيو تشو، وميسام باركشلي. “البوابات المنطقية العالمية ذات الحمل الثابت: التقلبات اللحظية للرموز الكمومية الزائدية”. الكم 3، 180 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-08-26-180

[16] جوانيو تشو، علي لافاساني، وميسام باركشلي. “الضفائر اللحظية والتقلبات في الحالات المرتبة طوبولوجياً”. فيز. القس ب 102، 075105 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.102.075105

[17] جوانيو تشو، محمد حافظي، وميسام باركشلي. “أوريغامي الكم: بوابات مستعرضة لحساب الكم وقياس الترتيب الطوبولوجي”. فيز. القس بحث 2، 013285 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013285

[18] ألكسندر كوبيكا، بني يوشيدا، وفرناندو باستاوسكي. "كشف رمز اللون". المجلة الجديدة للفيزياء 17، 083026 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​8/​083026

[19] مايكل فاسمر ودان إي براون. “الأكواد السطحية ثلاثية الأبعاد: البوابات المستعرضة والمباني المتسامحة مع الأخطاء”. المراجعة البدنية أ 100، 012312 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012312

[20] هيكتور بومبين. "رموز ألوان المقياس: البوابات المستعرضة المثالية وتثبيت المقياس في رموز التثبيت الطوبولوجي". جديد J. فيز. 17، 083002 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​8/​083002

[21] هيكتور بومبين. “تصحيح الخطأ الكمي المتسامح مع الخطأ المفرد”. فيز. القس X 5، 031043 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.5.031043

[22] ألكسندر كوبيكا وجون بريسكيل. “أجهزة فك التشفير الأوتوماتيكية الخلوية مع عتبات يمكن إثباتها للرموز الطوبولوجية”. فيز. القس ليت. 123، 020501 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.020501

[23] مايكل فاسمر، دان إي براون، وألكسندر كوبيكا. "أجهزة فك التشفير الآلية الخلوية لرموز الكم الطوبولوجية ذات القياسات الصاخبة وما بعدها" (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-021-81138-2

[24] بنيامين ج.براون ، ودانييل لوس ، وجيانيس ك.باشوس ، وكريس ن. سيلف ، وجيمس ر. ووتون. "ذكريات الكم في درجة حرارة محدودة". القس وزارة الدفاع. فيز. 88 ، 045005 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.88.045005

[25] أوستن جي فاولر وآدم سي وايتسايد ولويد سي إل هولينبيرج. "نحو معالجة كلاسيكية عملية لكود السطح". رسائل المراجعة البدنية 108 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.108.180501

[26] فرناندو باستوسكي ولوكاس كليمنتي وخوان إجناسيو سيراك. "الذكريات الكمومية على أساس التبديد الهندسي". فيز. القس أ 83 ، 012304 (2011).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.012304

[27] جاستن إل مالك، دونا روث دبليو يوست، دانا روزنبرغ، جونيلين إل يودر، غريغوري كالوسين، مات كوك، رابيندرا داس، ألكسندرا داي، إيفان غولدن، ديفيد ك. كيم، جيفري كنكت، بيثاني إم نيدزيلسكي، مولي شوارتز ، وأرجان سيفي، وكوري ستول، واين وودز، وأندرو ج. كرمان، ووليام د. أوليفر. "تصنيع موصلات فائقة التوصيل عبر السيليكون" (2021). أرخايف:2103.08536.
أرخايف: 2103.08536

[28] D. Rosenberg، D. Kim، R. Das، D. Yost، S. Gustavsson، D. Hover، P. Krantz، A. Melville، L. Racz، GO Samach، et al. “الكيوبتات المتكاملة فائقة التوصيل ثلاثية الأبعاد”. معلومات الكم NPJ 3 (3).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-017-0044-0

[29] جيري تشاو وأوليفر ديال وجاي جامبيتا. "$text{IBM Quantum}$ يكسر حاجز المعالج 100 كيوبت" (2021).

[30] سارة بارتولوتشي، باتريك بيرشال، هيكتور بومبين، هوغو كابل، كريس داوسون، مرسيدس جيمينو-سيغوفيا، إريك جونستون، كونراد كيلينغ، نعومي نيكرسون، ميهير بانت، فرناندو باستاوسكي، تيري رودولف، وكريس سبارو. “الحساب الكمي القائم على الاندماج” (2021). أرخايف:2101.09310.
أرخايف: 2101.09310

[31] هيكتور بومبين، إسحاق كيم، دانيال ليتنسكي، نعومي نيكرسون، ميهير بانت، فرناندو باستاوسكي، سام روبرتس، وتيري رودولف. "التشذير: البنى المعيارية للحوسبة الكمومية الضوئية المتسامحة مع الأخطاء" (2021). أرخايف:2103.08612.
أرخايف: 2103.08612

[32] سيرجي برافي وجيونجوان هاه. “التصحيح الذاتي الكمي في نموذج الكود المكعب ثلاثي الأبعاد”. فيز. القس ليت. 3، 111 (200501).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.200501

[33] تشينيانغ وانغ وجيم هارينجتون وجون بريسكيل. "انتقال الحبس-هيغز في نظرية القياس المضطرب وعتبة الدقة للذاكرة الكمومية". حوليات الفيزياء 303 ، 31-58 (2003).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​s0003-4916(02)00019-2

[34] هيلموت جي كاتزجرابر، إتش بومبين، وما مارتن ديلجادو. “عتبة الخطأ لرموز الألوان ونماذج التصميم العشوائية ثلاثية الأجسام”. فيز. القس ليت. 103، 090501 (2009).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.090501

[35] جاك إدموندز. "المسارات والأشجار والزهور". المجلة الكندية للرياضيات 17، 449-467 (1965).
https: / / doi.org/ 10.4153 / CJM-1965-045-4

[36] هيكتور بومبين. "الحساب الكمي ثنائي الأبعاد مع رموز طوبولوجية ثلاثية الأبعاد" (2). أرخايف:3.
أرخايف: 1810.09571

[37] بنيامين ج. براون. “بوابة غير كليفورد متسامحة مع الخطأ للكود السطحي في بعدين”. تقدم العلوم 6 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aay4929

[38] ألكسندر كوبيكا ومايكل فاسمر. "تصحيح الخطأ الكمي بلقطة واحدة باستخدام كود توريك للنظام الفرعي ثلاثي الأبعاد" (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-022-33923-4

[39] ح. بومبين. "رموز ألوان المقياس: البوابات المستعرضة المثالية وتثبيت المقياس في رموز التثبيت الطوبولوجي" (2015). أرخايف:1311.0879.
أرخايف: 1311.0879

[40] مايكل جون جورج فاسمر. “الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء مع رموز سطحية ثلاثية الأبعاد”. أطروحة الدكتوراه. UCL (كلية لندن الجامعية). (2019).

دليلنا يستخدم من قبل

[1] نيريجا سوندارسان، ثيودور ج. يودر، يونج سيوك كيم، مويوان لي، إدوارد إتش. تشين، جريس هاربر، تيد ثوربيك، أندرو دبليو كروس، أنطونيو د. كوركوليس، ومايكا تاكيتا، "إظهار الخطأ الكمي للنظام الفرعي متعدد الجولات التصحيح باستخدام أجهزة فك التشفير المطابقة والحد الأقصى للاحتمالية ". اتصالات الطبيعة 14 ، 2852 (2023).

[2] أربيت دوا، ناثانان تانتيفاساداكارن، جوزيف سوليفان، وتايلر د. إليسون، "هندسة رموز الفلوكيت عن طريق إعادة اللف"، أرخايف: 2307.13668, (2023).

[3] إريك هوانغ، آرثر بيساه، كريستوفر ت. تشب، مايكل فاسمر، وأربيت دوا، "خياطة رموز طوبولوجية ثلاثية الأبعاد للضوضاء المتحيزة"، أرخايف: 2211.02116, (2022).

الاستشهادات المذكورة أعلاه من إعلانات ساو / ناسا (تم آخر تحديث بنجاح 2023-09-27 01:52:57). قد تكون القائمة غير كاملة نظرًا لأن جميع الناشرين لا يقدمون بيانات اقتباس مناسبة وكاملة.

On خدمة Crossref's cited-by service لم يتم العثور على بيانات حول الاستشهاد بالأعمال (المحاولة الأخيرة 2023-09-27 01:52:56).

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم