Sidusad vead ja lugemisvead pinnakoodis

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Áron Márton¹ ja János K. Asbóth^1,2

¹Budapesti Tehnika- ja Majandusülikooli Füüsika Instituudi teoreetilise füüsika osakond, Műegyetem rkp. 3., H-1111 Budapest, Ungari
²Wigner Research Center for Physics, H-1525 Budapest, PO Box 49., Ungari

Kas see artikkel on huvitav või soovite arutada? Scite või jätke SciRate'i kommentaar.

Abstraktne

Vaatleme lugemisvigade ja koherentsete vigade, st deterministlike faasipöörete koosmõju pinnakoodile. Kasutame hiljuti välja töötatud numbrilist lähenemist, kaardistades füüsilised kubitid Majorana fermionidele. Näitame, kuidas seda lähenemisviisi kasutada fenomenoloogilisel tasandil käsitletud lugemisvigade korral: täiuslikud projektiivsed mõõtmised potentsiaalselt valesti salvestatud tulemustega ja mitu korduvat mõõtmisringi. Leiame selle vigade kombinatsiooni jaoks künnise, mille veamäär on lähedane vastava ebajärjekindla veakanali lävele (juhuslikud Pauli-Z ja lugemisvead). Läviväärtuse veamäära väärtus, kasutades loogikavigade mõõdupuuna halvima juhtumi täpsust, on 2.6%. Künnisest allapoole põhjustab koodi suurendamine loogilise taseme vigade koherentsuse kiire kadumise, kuid veamäärad, mis on suuremad kui vastava ebajärjekindla veakanali omad. Samuti muudame sõltumatult koherentsete ja lugemise veamäärasid ning leiame, et pinnakood on koherentsete vigade suhtes tundlikum kui lugemisvigade suhtes. Meie töö laiendab hiljutisi tulemusi täiusliku näiduga sidusate vigade kohta eksperimentaalselt realistlikumale olukorrale, kus esineb ka lugemisvigu.

Sidusad vead ja lugemisvead pinnakoodis PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikaalne otsing. Ai.

Esiletõstetud pilt: meie arvulised tulemused näitavad, et pinnakoodi kasutav Quantum Error Correction (QEC) töötab hästi (roheline ala: parem kaitse, kui kasutatakse rohkem kubiteid), isegi kui lugemise veamäär on üsna kõrge, eeldades, et koherentsete vigade määr ei ole liiga suur. kõrge.

Populaarne kokkuvõte

Pikkade arvutuste tegemiseks tuleb kvantteavet, millega kvantarvutid töötavad, kaitsta keskkonnamüra eest. See nõuab kvantvea korrigeerimist (QEC), mille käigus iga loogiline kubit kodeeritakse paljude füüsiliste kubitite kollektiivsetesse kvantolekutesse. Uurisime numbrilise simulatsiooni abil, kui hästi suudab kõige lootustandvam kvantviga parandav kood, niinimetatud pinnakood, kaitsta kvantteavet nn koherentsete vigade (teatud tüüpi kalibreerimisvigade) ja lugemisvigade kombinatsiooni eest. Leidsime, et Surface Code pakub koodi suurendamisel paremat kaitset seni, kuni veatasemed on alla läve. See lävi on lähedane teise vigade kombinatsiooni tuntud lävele: ebajärjekindlad vead (kvantkeskkonnaga takerdumisest tulenev viga) ja lugemisvead. Samuti leidsime (nagu on näidatud lisatud pildil), et Surface Code on lugemisvigade suhtes vastupidavam kui sidusate vigade suhtes. Pange tähele, et kasutasime nn fenomenoloogilist veamudelit: modelleerisime mürakanalid väga täpselt, kuid ei teinud koodi modelleerimist kvantahela tasemel.

► BibTeX-i andmed

@artikkel{Marton2023coherenterrors, doi = {10.22331/q-2023-09-21-1116}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-09-21-1116}, pealkiri = {Sidusid vead ja lugemisvead pinnakoodis}, autor = {M{'{a}}rton, {'{A}}ron ja Asb{'{o}}th, J{'{a}}nos K.}, ajakiri = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, väljaandja = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, köide = {7}, lehekülge = {1116 }, kuu = september, aasta = {2023} }

► Viited

[1] Eric Dennis, Aleksei Kitaev, Andrew Landahl ja John Preskill. "Topoloogiline kvantmälu". Journal of Mathematical Physics 43, 4452–4505 (2002).
https:///doi.org/10.1063/1.1499754

[2] Austin G Fowler, Matteo Mariantoni, John M Martinis ja Andrew N Cleland. Pinnakoodid: praktilise suuremahulise kvantarvutuse suunas. Physical Review A 86, 032324 (2012).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.86.032324

[3] Chenyang Wang, Jim Harrington ja John Preskill. "Kinnijäämise-Higgsi üleminek korrastamata gabariidi teoorias ja kvantmälu täpsuslävi". Annals of Physics 303, 31–58 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0003-4916(02)00019-2

[4] Héctor Bombin, Ruben S Andrist, Masayuki Ohzeki, Helmut G Katzgraber ja Miguel A Martin-Delgado. "Topoloogiliste koodide tugev vastupidavus depolarisatsioonile". Physical Review X 2, 021004 (2012).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.2.021004

[5] Christopher T Chubb ja Steven T Flammia. "Statistilised mehaanilised mudelid korrelatsioonimüraga kvantkoodide jaoks". Annales de l'Institut Henri Poincaré D 8, 269–321 (2021).
https:///doi.org/10.4171/AIHPD/105

[6] Scott Aaronson ja Daniel Gottesman. "Stabilisaatoriahelate täiustatud simulatsioon". Physical Review A 70, 052328 (2004).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.70.052328

[7] Craig Gidney. "Stim: kiire stabilisaatori ahela simulaator". Quantum 5, 497 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-07-06-497

[8] Sebastian Krinner, Nathan Lacroix, Ants Remm, Agustin Di Paolo, Elie Genois, Catherine Leroux, Christoph Hellings, Stefania Lazar, Francois Swiadek, Johannes Herrmann jt. "Korduva kvantvea paranduse realiseerimine vahemaa-kolme pinnakoodis". Nature 605, 669–674 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04566-8

[9] Rajeev Acharya et al. "Kvantvigade mahasurumine pinnakoodi loogilise qubiti skaleerimisega". Loodus 614, 676 – 681 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05434-1

[10] Yu Tomita ja Krysta M Svore. "Madala vahemaa pinnakoodid realistliku kvantmüra all". Physical Review A 90, 062320 (2014).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.90.062320

[11] Daniel Greenbaum ja Zachary Dutton. "Kohturentsete vigade modelleerimine kvantvigade korrigeerimisel". Quantum Science and Technology 3, 015007 (2017).
https://doi.org/10.1088/2058-9565/aa9a06

[12] Andrew S Darmawan ja David Poulin. Pinnakoodi tensor-võrgu simulatsioonid realistliku müra all. Physical Review Letters 119, 040502 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.040502

[13] Shigeo Hakkaku, Kosuke Mitarai ja Keisuke Fujii. "Samplivõtmisel põhinev kvaasitõenäosuse simulatsioon tõrkekindlaks kvantvea korrigeerimiseks pinnakoodidel koherentse müra all". Physical Review Research 3, 043130 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.043130

[14] Florian Venn, Jan Behrends ja Benjamin Béri. Majoraani ümberpaigutamise pinnakoodide sidusa vea lävi. Physical Review Letters 131, 060603 (2023).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.060603

[15] Stefanie J Beale, Joel J Wallman, Mauricio Gutiérrez, Kenneth R Brown ja Raymond Laflamme. "Kvantvea parandus dekohereerib müra". Physical Review Letters 121, 190501 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.190501

[16] Joseph K Iverson ja John Preskill. "Loogiliste kvantkanalite sidusus". New Journal of Physics 22, 073066 (2020).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab8e5c

[17] Mauricio Gutiérrez, Conor Smith, Livia Lulushi, Smitha Janardan ja Kenneth R Brown. "Ebajärjekindla ja sidusa müra vead ja pseudokünnised". Physical Review A 94, 042338 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.94.042338

[18] Sergey Bravyi, Matthias Englbrecht, Robert König ja Nolan Peard. "Koherentsete vigade parandamine pinnakoodidega". npj Quantum Information 4 (2018).
https:///doi.org/10.1038/s41534-018-0106-y

[19] F Venn ja B Béri. "Veaparandus- ja müradekoherentsi künnised tasapinnaliste graafide pinnakoodide koherentsete vigade jaoks". Physical Review Research 2, 043412 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.043412

[20] Héctor Bombín ja Miguel A Martin-Delgado. Topoloogiliste kahemõõtmeliste stabilisaatorikoodide optimaalsed ressursid: võrdlev uuring. Physical Review A 76, 012305 (2007).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.76.012305

[21] Nicolas Delfosse ja Naomi H Nickerson. "Peaaegu lineaarne topoloogiliste koodide aja dekodeerimise algoritm". Quantum 5, 595 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-12-02-595

[22] Sergei Bravyi, Martin Suchara ja Alexander Vargo. "Tõhusad algoritmid maksimaalse tõenäosusega dekodeerimiseks pinnakoodis". Physical Review A 90, 032326 (2014).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.90.032326

[23] Austin G. Fowler. "Tõrketaluva topoloogilise kvantvea paranduse minimaalne kaal ja täiuslik sobitamine keskmise o (1) paralleelaja jooksul". Kvantinfo. Arvuta. 15, 145–158 (2015).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1307.1740

[24] Eric Huang, Andrew C. Doherty ja Steven Flammia. "Kvantveaparanduse toimimine sidusate vigadega". Physical Review A 99, 022313 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.99.022313

[25] Aleksei Gilchrist, Nathan K. Langford ja Michael A. Nielsen. "Kaugused mõõdud tegelike ja ideaalsete kvantprotsesside võrdlemiseks". Physical Review A 71, 062310 (2005).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.71.062310

[26] Christopher A Pattison, Michael E Beverland, Marcus P da Silva ja Nicolas Delfosse. "Täiustatud kvantvigade korrigeerimine pehme teabe abil". eeltrükk (2021).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2107.13589

[27] Oscar Higgott. "Pymatching: Pythoni pakett kvantkoodide dekodeerimiseks minimaalse kaaluga täiusliku sobitamisega". ACM Transactions on Quantum Computing 3, 1–16 (2022).
https:///doi.org/10.1145/3505637

[28] Aleksei Kitajev. "Anyoonid täpselt lahendatud mudelis ja kaugemalgi". Annals of Physics 321, 2–111 (2006).
https:///doi.org/10.1016/j.aop.2005.10.005

[29] "Pinnakoodi FLO simulatsioon – pythoni skript". https:///github.com/martonaron88/Surface_code_FLO.git.
https:///github.com/martonaron88/Surface_code_FLO.git

[30] Yuanchen Zhao ja Dong E Liu. "Võremõõturi teooria ja topoloogiline kvantvigade korrigeerimine kvanthälvetega oleku ettevalmistamisel ja vigade tuvastamisel". eeltrükk (2023).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2301.12859

[31] Jingzhen Hu, Qingzhong Liang, Narayanan Rengaswamy ja Robert Calderbank. "Koherentse müra leevendamine kaalu-2 z-stabilisaatorite tasakaalustamisega". IEEE Transactions on Information Theory 68, 1795–1808 (2021).
https:///doi.org/10.1109/TIT.2021.3130155

[32] Yingkai Ouyang. "Koherentsete vigade vältimine pööratud konkateneeritud stabilisaatorikoodidega". npj Quantum Information 7, 87 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41534-021-00429-8

[33] Dripto M Debroy, Laird Egan, Crystal Noel, Andrew Risinger, Daiwei Zhu, Debopriyo Biswas, Marko Cetina, Chris Monroe ja Kenneth R Brown. "Stabilisaatorite pariteetide optimeerimine täiustatud loogiliste kubitmälude jaoks". Physical Review Letters 127, 240501 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.240501

[34] S Bravyi ja R König. "Disipatiivse fermioonse lineaarse optika klassikaline simulatsioon". Quantum Information and Computation 12, 1–19 (2012).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1112.2184

[35] Barbara M Terhal ja David P DiVincenzo. "Mitteinterakteeruvate fermionide kvantahelate klassikaline simulatsioon". Physical Review A 65, 032325 (2002).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.65.032325

[36] Sergei Bravyi. "Lagrange'i esitus fermioonilisele lineaaroptikale". Quantum Information and Computation 5, 216–238 (2005).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0404180
arXiv:quant-ph/0404180

Viidatud

See raamat on avaldatud Quantum all Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) litsents. Autoriõigus jääb algsetele autoriõiguste valdajatele, näiteks autoritele või nende institutsioonidele.

SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
Allikas: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-09-21-1116/

Ajatempel: September 21, 2023

Ajatempel: Aprill 8, 2024

Sidusad vead ja lugemisvead pinnakoodis

Taasavaldanud Platon

Abstraktne

Populaarne kokkuvõte

► BibTeX-i andmed

► Viited

Viidatud

Veel alates Quantum Journal

Binaarne juhtimpulsside optimeerimine kvantsüsteemide jaoks

Kvantkanalite lähendamine täiesti positiivsete kaartide abil väikese Krausi auastmega

Täpne ja tõhus Lanczose meetod kvantarvutis

Häiritud parameetrilise kvantarengu tuletise "õiged" nihkereeglid

Mikrokanoonilised aknad kvantoperaatoritel

Hübriidne kvantalgoritm kooniliste ristumiskohtade tuvastamiseks

Kohalikud peidetud muutujate väärtused ilma optimeerimisprotseduurideta

Kallutatud Hardy paradoksid seadmest sõltumatuks juhuslikkuse ekstraheerimiseks

Magnetiliste alamtasandite populatsioonide kvantpõimumise uurimine: väljaspool spinni pigistamise ebavõrdsust

Täiustatud proovi keerukuse alampiir (täpsusega) kvantolekutomograafia jaoks

Põimumise trajektoor ja selle piir

Meist

Vertikaalne otsing ja Ai

Platvorm

Püsi ühenduses

konto