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Pauli-Kanäle können aus Syndrommessungen in der Quantenfehlerkorrektur geschätzt werden

Thomas Wagner, Hermann Kampermann, Dagmar Bruß und Martin Kliesch

Institut für Theoretische Physik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Deutschland

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Abstrakt

Die Leistung der Quantenfehlerkorrektur kann erheblich verbessert werden, wenn detaillierte Informationen über das Rauschen verfügbar sind, wodurch sowohl Codes als auch Decodierer optimiert werden können. Es wurde vorgeschlagen, Fehlerraten aus den ohnehin während der Quantenfehlerkorrektur durchgeführten Syndrommessungen abzuschätzen. Während diese Messungen den codierten Quantenzustand erhalten, ist derzeit nicht klar, wie viele Informationen über das Rauschen auf diese Weise extrahiert werden können. Abgesehen von der Grenze der verschwindenden Fehlerraten wurden bisher nur für einige spezifische Codes strenge Ergebnisse ermittelt.
In dieser Arbeit lösen wir rigoros die Frage nach willkürlichen Stabilisatorcodes. Das Hauptergebnis ist, dass ein Stabilisatorcode verwendet werden kann, um Pauli-Kanäle mit Korrelationen über eine Anzahl von Qubits zu schätzen, die durch die reine Entfernung gegeben sind. Dieses Ergebnis beruht nicht auf der Grenze verschwindender Fehlerraten und gilt auch dann, wenn häufig Fehler mit hohem Gewicht auftreten. Darüber hinaus erlaubt es auch Messfehler im Rahmen von Quantendaten-Syndrom-Codes. Unser Beweis kombiniert Boolesche Fourier-Analyse, Kombinatorik und elementare algebraische Geometrie. Wir hoffen, dass diese Arbeit interessante Anwendungen eröffnet, wie etwa die Online-Anpassung eines Decoders an zeitlich veränderliches Rauschen.

Echte Quantencomputer reagieren empfindlich auf Umgebungsgeräusche. Eine detaillierte Beschreibung dieses Rauschens kann in vielen Situationen helfen, es zu mindern. Das Erlernen einer solchen Beschreibung kann jedoch schwierig sein und erfordert oft viele Messungen. In dieser Arbeit kombinieren wir Ideen aus der Charakterisierung von Quantensystemen und der Quantenfehlerkorrektur. Wir zeigen, dass Standardfehlerkorrekturschemata viele Informationen liefern, die normalerweise vernachlässigt werden. Unter bestimmten Bedingungen reicht es bereits aus, nur die während dieser Schemata durchgeführten Messungen zu verwenden, um eine detaillierte Charakterisierung des Rauschens zu erhalten. Wir leiten diese Bedingungen rigoros her und skizzieren ein praktisches Charakterisierungsschema, das auf diesen Ideen basiert. Unser Ansatz schlägt einen weiteren Weg zur Charakterisierung von Quantengeräten vor. Insbesondere reduziert es den erforderlichen Aufwand, indem ohnehin gemessene Informationen effizienter genutzt werden.

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Zitiert von

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