Mukautuva pintakoodi kvanttivirheen korjaamiseen tilapäisten tai pysyvien vikojen esiintyessä

Mukautuva pintakoodi kvanttivirheen korjaamiseen tilapäisten tai pysyvien vikojen esiintyessä

Aikaleima: 25. heinäkuuta 2023 klo 7
Mukautuva pintakoodi kvanttivirheen korjaamiseen tilapäisten tai pysyvien vikojen esiintyessä PlatoBlockchain Data Intelligence. Pystysuuntainen haku. Ai.

Adam Siegel1,2, Armands Strikis1, Thomas Flatters1ja Simon Benjamin1,2

1Materiaalilaitos, Oxfordin yliopisto, Parks Road, Oxford OX1 3PH, Iso-Britannia
2Quantum Motion, 9 Sterling Way, Lontoo N7 9HJ, Iso-Britannia

Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.

Abstrakti

Olipa kyseessä valmistusvaiheessa tai kvanttilaskennan aikana, esim. suurienergisten tapahtumien, kuten kosmisten säteiden vuoksi, virheenkorjauskoodin muodostavat qubitit voivat muuttua käyttökelvottomiksi. Tällaiset viat voivat vastata yksittäisiä kubitteja tai klustereita ja voivat mahdollisesti häiritä koodia riittävästi loogisten virheiden luomiseksi. Tässä artikkelissa tutkimme uutta $ adaptiivista $ lähestymistapaa pintakoodin kvanttivirheen korjaamiseen viallisessa hilassa. Osoitamme, että sopivan vianilmaisualgoritmin ja tunnistetun vyöhykkeen karanteenin yhdistäminen mahdollistaa kvanttivirheenkorjauksen edun säilyttämisen äärellisillä koodikooilla, vian koon mukaan skaalautuvan kubitin kustannuksella. Numeromme osoittavat, että koodin kynnykseen ei tarvitse vaikuttaa merkittävästi; Esimerkiksi tietyssä skenaariossa, jossa pieniä vikoja esiintyy toistuvasti jokaisessa loogisessa kubitissa, kohinakynnys on $2.7%$ (verrattuna virheettömään tapaukseen $2.9%$). Nämä tulokset tasoittavat tietä laajamittaisten kvanttitietokoneiden kokeelliselle toteutukselle, joissa viat ovat väistämättömiä.

► BibTeX-tiedot

► Viitteet

[1] Austin G. Fowler, Matteo Mariantoni, John M. Martinis ja Andrew N. Cleland. Pintakoodit: Kohti käytännöllistä suuren mittakaavan kvanttilaskentaa. Physical Review A, 86 (3), syyskuu 2012. 10.1103/​physreva.86.032324.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.86.032324

[2] Craig Gidney ja Martin Ekerå. Kuinka kertoa 2048-bittiset RSA-kokonaisluvut 8 tunnissa käyttämällä 20 miljoonaa meluisaa kubittia. Quantum, 5: 433, huhtikuu 2021. 10.22331/q-2021-04-15-433.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-04-15-433

[3] Bitti- tai vaihevirheiden eksponentiaalinen vaimennus syklisellä virheenkorjauksella. Nature, 595 (7867): 383–387, 2021. 10.1038/s41586-021-03588-y.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-021-03588-y

[4] Peter W.Shor. Kaavio dekoherenssin vähentämiseksi kvanttitietokoneen muistissa. Phys. Rev. A, 52: R2493 – R2496, lokakuu 1995. 10.1103 / PhysRevA.52.R2493.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.52.R2493

[5] Barbara M. Terhal. Kvanttivirheen korjaus kvanttimuisteille. Reviews of Modern Physics, 87 (2): 307–346, huhtikuu 2015. 10.1103/​revmodphys.87.307.
https: / / doi.org/ 10.1103 / revmodphys.87.307

[6] Earl T. Campbell, Barbara M. Terhal ja Christophe Vuillot. Tiet kohti vikasietoista universaalia kvanttilaskentaa. Nature, 549 (7671): 172–179, syyskuu 2017. 10.1038/nature23460.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23460

[7] John M. Martinis. Suprajohtavien kvanttiprosessorien säästäminen kubitin hajoamiselta ja gamma- ja kosmisten säteiden aiheuttamilta korrelaatiovirheiltä. 2020. 10.1038/​s41534-021-00431-0.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-021-00431-0

[8] CD Wilen, S. Abdullah, NA Kurinsky, C. Stanford, L. Cardani, G. D'Imperio, C. Tomei, L. Faoro, LB Ioffe, CH Liu, A. Opremcak, BG Christensen, JL DuBois ja R McDermott. Korreloivat varauskohina- ja rentoutumisvirheet suprajohtavissa kubiteissa. Nature, 594 (7863): 369–373, kesäkuu 2021. 10.1038/​s41586-021-03557-5.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03557-5

[9] Katastrofisten virhepurskeiden ratkaiseminen kosmisista säteistä suurissa suprajohtavien kubittien ryhmissä. Nature Physics, 18 (1): 107–111, joulukuu 2021. 10.1038/​s41567-021-01432-8.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01432-8

[10] J. Vala, KB Whaley ja DS Weiss. Kvanttivirheen korjaus qubit-häviölle osoitettavassa atomijärjestelmässä. Phys. Rev. A, 72: 052318, marraskuu 2005. 10.1103/​PhysRevA.72.052318.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.72.052318

[11] Alejandro Bermudez, Xiaosi Xu, Ramil Nigmatullin, Joe O'Gorman, Vlad Negnevitsky, Philipp Schindler, Thomas Monz, UG Poschinger, Cornelius Hempel, Jonathan Home jne. Arvioidaan loukkuun jääneiden prosessorien edistymistä kohti vikasietoista kvanttilaskentaa. Physical Review X, 7 (4): 041061, 2017. 10.1103/​physrevx.7.041061.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevx.7.041061

[12] Iris Cong, Harry Levine, Alexander Keesling, Dolev Bluvstein, Sheng-Tao Wang ja Mikhail D. Lukin. Laitteistotehokas, vikasietoinen kvanttilaskenta Rydberg-atomeilla. 2021. 10.48550/​ARXIV.2105.13501.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2105.13501

[13] Natalie C Brown, Michael Newman ja Kenneth R Brown. Vuodon käsittely osajärjestelmäkoodeilla. New Journal of Physics, 21 (7): 073055, heinäkuu 2019. 10.1088/​1367-2630/​ab3372.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab3372

[14] Benjamin J. Brown, Katharina Laubscher, Markus S. Kesselring ja James R. Wootton. Reikien tönäisy ja kulmien leikkaaminen pintakoodilla varustettujen Clifford-porttien aikaansaamiseksi. Phys. Rev. X, 7: 021029, toukokuu 2017. 10.1103/​PhysRevX.7.021029.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.021029

[15] Kvanttivirheiden estäminen skaalaamalla pintakoodin loogista kubittia. Nature, 614 (7949): 676–681, 2023. https://​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1

[16] Qian Xu, Alireza Seif, Haoxiong Yan, Nam Mannucci, Bernard Ousmane Sane, Rodney Van Meter, Andrew N. Cleland ja Liang Jiang. Hajautettu kvanttivirheen korjaus sirutason katastrofaalisille virheille. 2022. 10.48550/​ARXIV.2203.16488.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2203.16488

[17] Thomas M. Stace, Sean D. Barrett ja Andrew C. Doherty. Kynnysarvot topologisille koodeille katoamisen yhteydessä. Physical Review Letters, 102 (20), toukokuu 2009. 10.1103/​physrevlett.102.200501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.102.200501

[18] Shota Nagayama, Austin G Fowler, Dominic Horsman, Simon J Devitt ja Rodney Van Meter. Pintakoodivirheen korjaus viallisessa hilassa. New Journal of Physics, 19 (2): 023050, helmikuu 2017. 10.1088/​1367-2630/​aa5918.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa5918

[19] James M. Auger, Hussain Anwar, Mercedes Gimeno-Segovia, Thomas M. Stace ja Dan E. Browne. Valmistusvirheitä sisältävän pintakoodin vikasietoisuuskynnykset. Physical Review A, 96 (4), lokakuu 2017. 10.1103/​physreva.96.042316.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.96.042316

[20] Armands Strikis, Simon C. Benjamin ja Benjamin J. Brown. Kvanttilaskenta on skaalattavissa tasomaiselle kubittijoukolle, jossa on valmistusvirheitä. arXiv e-printit, taide. arXiv:2111.06432, marraskuu 2021. 10.48550/arXiv.2111.06432.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2111.06432
arXiv: 2111.06432

[21] Adam Paetznick ja Ben W. Reichardt. Universaali vikasietoinen kvanttilaskenta, jossa on vain poikittaisportit ja virheenkorjaus. Physical Review Letters, 111 (9), elokuu 2013. 10.1103/​physrevlett.111.090505.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.111.090505

[22] Oscar Higgott ja Nikolas P. Breuckmann. Alajärjestelmäkoodit, joissa on korkeat kynnysarvot mittarin kiinnittämisellä ja pienennettyjen kubittien yläpuolella. Physical Review X, 11 (3), elokuu 2021. 10.1103/​physrevx.11.031039.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevx.11.031039

[23] Christophe Vuillot, Lingling Lao, Ben Criger, Carmen Garcí a Almudéver, Koen Bertels ja Barbara M Terhal. Koodin muodonmuutos ja ristikkokirurgia ovat mittarin kiinnitys. New Journal of Physics, 21 (3): 033028, maaliskuu 2019. 10.1088/​1367-2630/​ab0199.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab0199

[24] Matt McEwen, Dave Bacon ja Craig Gidney. Rentouttavat laitteistovaatimukset pintakoodipiireille aikadynamiikkaa käyttämällä. 2023. 10.48550/arXiv.2302.02192.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2302.02192

[25] Joschka Roffe, David R. White, Simon Burton ja Earl Campbell. Dekoodaus koko kvanttitiheyksisen pariteettitarkistuskoodin maiseman. Physical Review Research, 2 (4), joulukuu 2020. 10.1103/​physrevresearch.2.043423.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevresearch.2.043423

[26] Nicolas Delfosse ja Gilles Zémor. Pintakoodien lineaariaikainen maksimitodennäköisyysdekoodaus kvanttipoistokanavan yli. Physical Review Research, 2 (3), heinäkuu 2020. 10.1103/​physrevresearch.2.033042.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevresearch.2.033042

[27] Poulami Das, Christopher A. Pattison, Srilatha Manne, Douglas Carmean, Krysta Svore, Moinuddin Qureshi ja Nicolas Delfosse. Skaalautuva dekooderimikroarkkitehtuuri vikasietoiseen kvanttilaskentaan. 2020. 10.48550/​ARXIV.2001.06598.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2001.06598

[28] Poulami Das, Aditya Locharla ja Cody Jones. Lilliput: Kevyt matalan latenssin hakutaulukkopohjainen dekooderi lähiajan kvanttivirheen korjaamiseen. 2021. 10.48550/​ARXIV.2108.06569.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2108.06569

[29] Swamit S. Tannu, Zachary A. Myers, Prashant J. Nair, Douglas M. Carmean ja Moinuddin K. Qureshi. Kvanttitietokoneiden käskykaistan kesyttäminen laitteiston hallitulla virheenkorjauksella. Teoksessa Proceedings of the 50th Annual IEEE/​ACM International Symposium on Microarchitecture, MICRO-50 '17, sivu 679–691, New York, NY, USA, 2017. Association for Computing Machinery. ISBN 9781450349529. 10.1145/​3123939.3123940.
https: / / doi.org/ 10.1145 / +3123939.3123940

[30] Luka Skoric, Dan E. Browne, Kenton M. Barnes, Neil I. Gillespie ja Earl T. Campbell. Rinnakkaisikkunadekoodaus mahdollistaa skaalautuvan vikasietoisen kvanttilaskennan. 2022. 10.48550/​ARXIV.2209.08552.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2209.08552

[31] Yasunari Suzuki, Takanori Sugiyama, Tomochika Arai, Wang Liao, Koji Inoue ja Teruo Tanimoto. Q3de: Vikasietoinen kvanttitietokonearkkitehtuuri kosmisten säteiden monibittisille purskevirheille. Vuonna 2022 55. IEEE/​ACM International Symposium on Microarchitecture (MICRO), sivut 1110–1125, 2022. 10.1109/​MICRO56248.2022.00079.
https: / / doi.org/ 10.1109 / MICRO56248.2022.00079

[32] Andrew Richards. Oxfordin yliopiston edistyneen tutkimuksen tietojenkäsittely. Elokuu 2015. 10.5281/zenodo.22558.
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.22558

Viitattu

[1] Sophia Fuhui Lin, Joshua Viszlai, Kaitlin N. Smith, Gokul Subramanian Ravi, Charles Yuan, Frederic T. Chong ja Benjamin J. Brown, "Empirical overhead of the adapted surface code on defective qubit arrays", arXiv: 2305.00138, (2023).

[2] Armands Strikis, Simon C. Benjamin ja Benjamin J. Brown, "Quantum Computing is Scalable on a Planar Array of Qubits with Fabrication Defects", Fyysinen tarkastelu sovellettu 19 6, 064081 (2023).

[3] Asmae Benhemou, Kaavya Sahay, Lingling Lao ja Benjamin J. Brown, "Pintakoodivirheiden minimoiminen värikoodidekooderilla", arXiv: 2306.16476, (2023).

[4] David Aasen, Jeongwan Haah, Parsa Bonderson, Zhenghan Wang ja Matthew Hastings, "Fault-Tolerant Hastings-Haah Codes in the Presence of Dead Qubits", arXiv: 2307.03715, (2023).

Yllä olevat sitaatit ovat peräisin SAO: n ja NASA: n mainokset (viimeksi päivitetty onnistuneesti 2023-07-25 11:47:36). Lista voi olla puutteellinen, koska kaikki julkaisijat eivät tarjoa sopivia ja täydellisiä viittaustietoja.

Ei voitu noutaa Crossref siteeratut tiedot viimeisen yrityksen aikana 2023-07-25 11:47:35: Ei voitu noutaa viittauksia 10.22331 / q-2023-07-25-1065 mainittuihin tietoihin Crossrefiltä. Tämä on normaalia, jos DOI rekisteröitiin äskettäin.

Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Quantum Journal