الأخطاء المتماسكة وأخطاء القراءة في الكود السطحي

الأخطاء المتماسكة وأخطاء القراءة في الكود السطحي

آرون مارتون1 ويانوس ك. أسبوث1,2

1قسم الفيزياء النظرية، معهد الفيزياء، جامعة بودابست للتكنولوجيا والاقتصاد، Műegyetem rkp. 3.، H-1111 بودابست، المجر
2مركز أبحاث فيجنر للفيزياء، H-1525 بودابست، ص.ب. 49.، المجر

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

ملخص

نحن نأخذ في الاعتبار التأثير المشترك لأخطاء القراءة والأخطاء المتماسكة، أي دورات الطور الحتمية، على الكود السطحي. نحن نستخدم منهجًا عدديًا تم تطويره مؤخرًا، من خلال رسم خرائط للبتات الكمومية الفيزيائية لفرميونات ماجورانا. نعرض كيفية استخدام هذا النهج في ظل وجود أخطاء في القراءة، يتم التعامل معها على المستوى الظاهري: قياسات إسقاطية مثالية مع نتائج محتملة مسجلة بشكل غير صحيح، وجولات قياس متكررة متعددة. نجد عتبة لهذا المزيج من الأخطاء، مع معدل خطأ قريب من عتبة قناة الخطأ غير المتماسكة المقابلة (أخطاء Pauli-Z العشوائية وأخطاء القراءة). تبلغ قيمة معدل الخطأ العتبي، باستخدام دقة الحالة الأسوأ كمقياس للأخطاء المنطقية، 2.6%. تحت العتبة، يؤدي توسيع نطاق الكود إلى فقدان سريع للتماسك في أخطاء المستوى المنطقي، ولكن معدلات الخطأ أكبر من تلك الخاصة بقناة الخطأ غير المتماسكة المقابلة. نحن أيضًا نغير معدلات الخطأ المتماسك والقراءة بشكل مستقل، ونجد أن الكود السطحي أكثر حساسية للأخطاء المتماسكة من أخطاء القراءة. يعمل عملنا على توسيع النتائج الأخيرة بشأن الأخطاء المتماسكة مع قراءة مثالية للموقف الأكثر واقعية تجريبيًا حيث تحدث أخطاء القراءة أيضًا.

لإجراء حسابات طويلة، يجب حماية المعلومات الكمومية التي تعمل عليها أجهزة الكمبيوتر الكمومية من الضوضاء البيئية. يتطلب هذا تصحيح الخطأ الكمي (QEC)، حيث يتم تشفير كل كيوبت منطقي في حالات كمومية جماعية للعديد من الكيوبتات المادية. لقد درسنا، باستخدام المحاكاة العددية، مدى قدرة كود تصحيح الخطأ الكمي الواعد، ما يسمى بالكود السطحي، على حماية المعلومات الكمومية ضد مجموعة مما يسمى بالأخطاء المتماسكة (نوع من أخطاء المعايرة) وأخطاء القراءة. لقد وجدنا أن الكود السطحي يوفر حماية أفضل مع توسيع نطاق الكود، طالما أن مستويات الخطأ أقل من الحد الأدنى. هذه العتبة قريبة من العتبة المعروفة لمجموعة أخرى من الأخطاء: الأخطاء غير المتماسكة (نوع من الخطأ الناشئ عن التشابك مع بيئة كمومية) وأخطاء القراءة. لقد وجدنا أيضًا (كما هو موضح في الصورة المصاحبة) أن الكود السطحي أكثر قوة ضد أخطاء القراءة من الأخطاء المتماسكة. لاحظ أننا استخدمنا ما يسمى بنموذج الخطأ الظاهري: قمنا بنمذجة قنوات الضوضاء بدقة شديدة، لكننا لم نقم بنمذجة الكود على مستوى الدائرة الكمومية.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] 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

[2] أوستن جي فاولر، ماتيو ماريانتوني، جون إم مارتينيس، وأندرو إن كليلاند. “الرموز السطحية: نحو حساب كمي عملي واسع النطاق”. المراجعة البدنية أ 86، 032324 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.032324

[3] تشينيانغ وانغ، جيم هارينجتون، وجون بريسكيل. “انتقال الحبس-هيغز في نظرية المقياس المضطرب وعتبة الدقة للذاكرة الكمومية”. حوليات الفيزياء 303، 31-58 (2003).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0003-4916(02)00019-2

[4] هيكتور بومبين، روبن إس أندريست، ماسايوكي أوزيكي، هيلموت جي كاتزجرابر، وميغيل أ مارتن ديلجادو. "مرونة قوية للرموز الطوبولوجية لإزالة الاستقطاب". المراجعة البدنية X 2، 021004 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.2.021004

[5] كريستوفر تي تشب وستيفن تي فلاميا. “النماذج الميكانيكية الإحصائية للرموز الكمومية ذات الضوضاء المرتبطة”. حوليات معهد هنري بوانكاريه د 8، 269-321 (2021).
https: / / doi.org/10.4171 / AIHPD / 105

[6] سكوت آرونسون ودانييل جوتسمان. "محاكاة محسنة لدارات التثبيت". مراجعة البدنية أ 70 ، 052328 (2004).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

[7] كريج جيدني. "Stim: محاكي دائرة استقرار سريع". الكم 5 ، 497 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

[8] سيباستيان كرينر، ناثان لاكروا، أنتس ريم، أوغستين دي باولو، إيلي جينوا، كاثرين ليرو، كريستوف هيلينغز، ستيفانيا لازار، فرانسوا سواديك، يوهانس هيرمان وآخرون. “تحقيق تصحيح الخطأ الكمي المتكرر في رمز سطحي للمسافة الثلاثة”. طبيعة 605، 669-674 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04566-8

[9] راجيف أشاريا وآخرون. “قمع الأخطاء الكمومية عن طريق قياس الكيوبت المنطقي للكود السطحي”. الطبيعة 614، 676 – 681 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1

[10] يو توميتا وكريستا إم سفور. “رموز سطحية منخفضة المسافة تحت ضوضاء كمومية واقعية”. المراجعة البدنية أ 90، 062320 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.062320

[11] دانيال جرينباوم وزاكاري داتون. “نمذجة الأخطاء المتماسكة في تصحيح الخطأ الكمي”. علوم وتكنولوجيا الكم 3، 015007 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aa9a06

[12] أندرو إس دارماوان وديفيد بولين. “محاكاة شبكة الموتر للكود السطحي تحت ضوضاء واقعية”. رسائل المراجعة البدنية 119، 040502 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.040502

[13] شيجيو هاكاكو، كوسوكي ميتاراي، وكيسوكي فوجي. “محاكاة شبه الاحتمالية القائمة على أخذ العينات لتصحيح الخطأ الكمي المتسامح مع الأخطاء على الرموز السطحية في ظل ضوضاء متماسكة”. أبحاث المراجعة الفيزيائية 3، 043130 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.043130

[14] فلوريان فين، وجان بيرندز، وبنجامين بيري. “عتبة الخطأ المتماسك للرموز السطحية من إلغاء تحديد موقع ماجورانا”. رسائل المراجعة البدنية 131، 060603 (2023).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.131.060603

[15] ستيفاني جيه بيل، وجويل جيه والمان، وموريسيو جوتيريز، وكينيث آر براون، وريموند لافلام. “تصحيح الخطأ الكمي يزيل الضوضاء”. رسائل المراجعة البدنية 121، 190501 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.190501

[16] جوزيف ك.إيفرسون وجون بريسكيل. "التماسك في قنوات الكم المنطقية". المجلة الجديدة للفيزياء 22 ، 073066 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab8e5c

[17] موريسيو جوتيريز، وكونور سميث، وليفيا لولوشي، وسميثا جاناردان، وكينيث آر براون. "الأخطاء والعتبات الزائفة للضوضاء غير المتماسكة والمتماسكة". المراجعة البدنية أ 94، 042338 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.042338

[18] سيرجي برافي، ماتياس إنجلبريشت، روبرت كونيغ، ونولان بيرد. “تصحيح الأخطاء المتماسكة بالأكواد السطحية”. معلومات الكم NPJ 4 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-018-0106 ذ

[19] إف فين و بي بيري. “عتبات تصحيح الأخطاء وفك ترابط الضوضاء للأخطاء المتماسكة في رموز سطح الرسم البياني المستوي”. أبحاث المراجعة الفيزيائية 2، 043412 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043412

[20] هيكتور بومبين وميغيل أ مارتن ديلجادو. "الموارد المثلى لرموز التثبيت الطوبولوجية ثنائية الأبعاد: دراسة مقارنة". المراجعة البدنية أ 76، 012305 (2007).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.012305

[21] نيكولاس ديلفوس ونعومي إتش نيكرسون. "خوارزمية فك الشفرة للوقت الخطي تقريبًا للرموز الطوبولوجية". الكم 5 ، 595 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-12-02-595

[22] سيرجي برافي ومارتن سوشارا وألكسندر فارجو. "خوارزميات فعالة لتحقيق أقصى احتمالية لفك التشفير في كود السطح". مراجعة البدنية أ 90 ، 032326 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.032326

[23] أوستن جي فاولر. "الحد الأدنى من الوزن المطابق المثالي لتصحيح الأخطاء الكمومية الطوبولوجية المتسامحة في المتوسط ​​o (1) الوقت الموازي". معلومات الكم. حاسوب. 15 ، 145-158 (2015).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.1307.1740

[24] إريك هوانغ وأندرو سي دوهرتي وستيفن فلاميا. “أداء تصحيح الخطأ الكمي مع الأخطاء المتماسكة”. المراجعة البدنية أ 99، 022313 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.022313

[25] أليكسي جيلكريست، ناثان ك. لانجفورد، ومايكل أ. نيلسن. “قياسات المسافة لمقارنة العمليات الكمومية الحقيقية والمثالية”. المراجعة البدنية أ 71، 062310 (2005).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.062310

[26] كريستوفر باتيسون، ومايكل إي بيفرلاند، وماركوس بي دا سيلفا، ونيكولاس ديلفوس. “تحسين تصحيح الخطأ الكمي باستخدام المعلومات الناعمة”. ما قبل الطباعة (2021).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2107.13589

[27] أوسكار هيجوت. "Pymatching: حزمة بايثون لفك رموز الكم مع مطابقة مثالية ذات وزن أدنى". معاملات ACM على الحوسبة الكمومية 3، 1–16 (2022).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3505637

[28] أليكسي كيتاييف. "أي شخص في نموذج تم حله تمامًا وما بعده". حوليات الفيزياء 321 ، 2-111 (2006).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2005.10.005

[29] “محاكاة FLO للكود السطحي – نص بايثون”. https://​/github.com/martonaron88/​Surface_code_FLO.git.
https://​/github.com/martonaron88/​Surface_code_FLO.git

[30] يوانشن تشاو ودونغ إي ليو. “نظرية المقياس الشبكي وتصحيح الخطأ الكمي الطوبولوجي مع الانحرافات الكمومية في إعداد الحالة واكتشاف الخطأ”. طبعة مسبقة (2023).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2301.12859

[31] جينجزين هو، وتشينجزونج ليانج، ونارايانان رينجاسوامي، وروبرت كالديربانك. “التخفيف من الضوضاء المتماسكة عن طريق موازنة مثبتات الوزن-2 Z”. معاملات IEEE على نظرية المعلومات 68، 1795-1808 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2021.3130155

[32] ينجكاي أويانغ. “تجنب الأخطاء المتماسكة باستخدام رموز التثبيت المتسلسلة”. npj معلومات الكم 7، 87 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-021-00429-8

[33] دريبتو إم ديبروي، وليرد إيجان، وكريستال نويل، وأندرو رايزينجر، ودايوي تشو، وديبوبريو بيسواس، وماركو سيتينا، وكريس مونرو، وكينيث آر براون. “تحسين تكافؤات التثبيت لتحسين ذكريات الكيوبت المنطقية”. رسائل المراجعة البدنية 127، 240501 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.240501

[34] S Bravyi و R König. “المحاكاة الكلاسيكية للبصريات الخطية الفرميونية المبددة”. المعلومات الكمومية والحساب 12، 1-19 (2012).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.1112.2184

[35] باربرا إم ترهال وديفيد بي ديفينسينزو. “المحاكاة الكلاسيكية للدوائر الكمومية غير المتفاعلة”. المراجعة البدنية أ 65، 032325 (2002).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.032325

[36] سيرجي برافي. “تمثيل لاغرانج للبصريات الخطية الفرميونية”. المعلومات الكمومية والحساب 5، 216-238 (2005).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.quant-ph / 0404180
أرخايف: ضليع في الرياضيات، وعل / 0404180

دليلنا يستخدم من قبل

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم