फ्रैक्टल टोपोलॉजिकल कोड के साथ क्वांटम त्रुटि सुधार

फ्रैक्टल टोपोलॉजिकल कोड के साथ क्वांटम त्रुटि सुधार

अर्पित दुआ1, टॉमस जोकिम-ओ'कॉनर2,3, और गुआन्यू झू2,3

1भौतिकी विभाग और क्वांटम सूचना और पदार्थ संस्थान, कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, पासाडेना, सीए 91125 यूएसए
2आईबीएम क्वांटम, आईबीएम टीजे वॉटसन रिसर्च सेंटर, यॉर्कटाउन हाइट्स, एनवाई 10598 यूएसए
3आईबीएम अल्माडेन रिसर्च सेंटर, सैन जोस, सीए 95120 यूएसए

इस पेपर को दिलचस्प खोजें या चर्चा करना चाहते हैं? Scate या SciRate पर एक टिप्पणी छोड़ दें.

सार

हाल ही में, हॉसडॉर्फ आयाम $2+epsilon$ के साथ फ्रैक्टल लैटिस पर फ्रैक्टल सरफेस कोड (FSCs) की एक श्रेणी का निर्माण किया गया है, जो एक दोष-सहिष्णु गैर-क्लिफोर्ड CCZ गेट को स्वीकार करता है [1]. हम दोष-सहिष्णु क्वांटम मेमोरी के रूप में ऐसे एफएससी के प्रदर्शन की जांच करते हैं। हम साबित करते हैं कि हॉसडॉर्फ आयाम $2+एप्सिलॉन$ के साथ एफएससी में बिट-फ्लिप और चरण-फ्लिप त्रुटियों के लिए गैर-शून्य थ्रेसहोल्ड के साथ डिकोडिंग रणनीतियां मौजूद हैं। बिट-फ्लिप त्रुटियों के लिए, हम नियमित 3डी सतह कोड में स्ट्रिंग-जैसे सिंड्रोम के लिए विकसित स्वीप डिकोडर को फ्रैक्टल जाली में छेद की सीमाओं पर उपयुक्त संशोधनों को डिजाइन करके एफएससी में अनुकूलित करते हैं। एफएससी के लिए स्वीप डिकोडर का हमारा अनुकूलन इसकी स्व-सुधारात्मक और एकल-शॉट प्रकृति को बनाए रखता है। चरण-फ़्लिप त्रुटियों के लिए, हम बिंदु-समान सिंड्रोम के लिए न्यूनतम-वजन-परिपूर्ण-मिलान (एमडब्ल्यूपीएम) डिकोडर का उपयोग करते हैं। हम हॉसडॉर्फ आयाम $D_Happrox1.7 के साथ एक विशेष FSC के लिए MWPM डिकोडर के लिए स्वीप डिकोडर और कोड क्षमता सीमा ($ 2.95% $ से कम सीमा) के लिए घटनात्मक शोर के तहत एक स्थायी दोष-सहिष्णु सीमा ($ सिम 2.966% $) की रिपोर्ट करते हैं। $. उत्तरार्द्ध को फ्रैक्टल जाली पर कारावास-हिग्स संक्रमण के महत्वपूर्ण बिंदु की निचली सीमा पर मैप किया जा सकता है, जो हॉसडॉर्फ आयाम के माध्यम से ट्यून करने योग्य है।

स्थानीय इंटरैक्शन और उच्च त्रुटि-सुधार सीमा के कारण टोपोलॉजिकल कोड त्रुटि-सुधार कोड का एक महत्वपूर्ण वर्ग हैं। अतीत में, इन कोडों का व्यापक रूप से मैनिफोल्ड्स के टेसेलेशन के अनुरूप $D$-आयामी नियमित लैटिस पर अध्ययन किया गया है। हमारा काम फ्रैक्टल लैटिस पर त्रुटि सुधार प्रोटोकॉल और डिकोडर्स का पहला अध्ययन है, जो गलती-सहिष्णु सार्वभौमिक क्वांटम गणना के लिए अंतरिक्ष-समय ओवरहेड को काफी कम कर सकता है। हम फ्रैक्टल जाली में सभी लंबाई के पैमानों पर छेद की उपस्थिति में डिकोडिंग की चुनौती पर काबू पा लेते हैं। विशेष रूप से, हम फ्रैक्टल जाली पर बिंदु-जैसे और स्ट्रिंग-जैसे सिंड्रोम दोनों के लिए गैर-शून्य त्रुटि सुधार थ्रेसहोल्ड वाले डिकोडर प्रस्तुत करते हैं। उल्लेखनीय रूप से, स्ट्रिंग-जैसे सिंड्रोम के लिए स्व-सुधार और एकल-शॉट सुधार के वांछित गुण अभी भी हमारी डिकोडिंग योजना में बनाए रखे गए हैं, तब भी जब फ्रैक्टल आयाम दो तक पहुंचता है। ऐसा माना जाता था कि ऐसे गुण केवल त्रि-आयामी (या उच्चतर) कोड में ही संभव हैं।

► BibTeX डेटा

► संदर्भ

[1] गुआन्यू झू, टॉमस जोकिम-ओ'कॉनर, और अर्पित दुआ। "टोपोलॉजिकल ऑर्डर, क्वांटम कोड और फ्रैक्टल ज्यामिति पर क्वांटम गणना" (2021)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.030338

[2] एसबी ब्रावी और ए. यू. किताएव। "सीमा के साथ एक जाली पर क्वांटम कोड" (1998)। arXiv:क्वांट-पीएच/​9811052।
arXiv: बल्ली से ढकेलना-पीएच / 9811052

[3] एलेक्सी वाई किताएव। "किसी के द्वारा दोष-सहिष्णु क्वांटम गणना"। एनल्स ऑफ फिजिक्स 303, 2-30 (2003)।
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0003-4916(02)00018-0

[4] एरिक डेनिस, एलेक्सी किताएव, एंड्रयू लैंडहल और जॉन प्रेस्किल। "टोपोलॉजिकल क्वांटम मेमोरी"। गणितीय भौतिकी जर्नल 43, 4452-4505 (2002)।
https: / / doi.org/ 10.1063 / १.१३,९४,२०८

[5] एच. बॉम्बिन और एमए मार्टिन-डेलगाडो। "टोपोलॉजिकल क्वांटम आसवन"। भौतिक समीक्षा पत्र 97 (2006)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.97.180501

[6] ऑस्टिन जी. फाउलर, माटेओ मैरिएनटोनी, जॉन एम. मार्टिनिस, और एंड्रयू एन. क्लेलैंड। "सतह कोड: व्यावहारिक बड़े पैमाने पर क्वांटम गणना की ओर"। शारीरिक समीक्षा ए 86 (2012)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.86.032324

[7] सर्गेई ब्रावी और रॉबर्ट कोनिग। "स्थानीय स्टेबलाइजर कोड के लिए स्थलीय रूप से संरक्षित गेटों का वर्गीकरण"। भौतिक समीक्षा पत्र 110 (2013)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.110.170503

[8] टॉमस जोकिम-ओ'कॉनर, अलेक्जेंडर कुबिका, और थियोडोर जे. योडर। "स्टेबलाइजर कोड की असंगति और दोष-सहिष्णु तार्किक द्वारों पर सीमाएं"। भौतिक. रेव. एक्स 8, 021047 (2018)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021047

[9] सर्गेई ब्रावी और एलेक्सी किताएव। "आदर्श क्लिफ़ोर्ड गेट्स और शोर एंसीलाज़ के साथ सार्वभौमिक क्वांटम गणना"। भौतिक. रेव. ए 71, 022316 (2005)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.022316

[10] डेनियल लिटिंस्की. "सतह कोड का एक खेल: जाली सर्जरी के साथ बड़े पैमाने पर क्वांटम कंप्यूटिंग"। क्वांटम 3, 128 (2019)।
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-03-05-128

[11] माइकल ए. लेविन और जिओ-गैंग वेन। "स्ट्रिंग-नेट संक्षेपण: टोपोलॉजिकल चरणों के लिए एक भौतिक तंत्र"। भौतिक. रेव. बी 71, 045110 (2005)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.71.045110

[12] रॉबर्ट कोएनिग, ग्रेग कुपरबर्ग, और बेन डब्ल्यू रीचर्ड। "तुराएव-विरो कोड के साथ क्वांटम गणना"। एनल्स ऑफ फिजिक्स 325, 2707-2749 (2010)।
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2010.08.001

[13] एलेक्सिस शोटे, गुआन्यू झू, लैंडर बर्गेलमैन, और फ्रैंक वेरस्ट्रेट। "यूनिवर्सल फाइबोनैचि तुराएव-विरो कोड के लिए क्वांटम त्रुटि सुधार सीमाएँ"। भौतिक. रेव. एक्स 12, 021012 (2022)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.021012

[14] गुआन्यू झू, अली लवसानी, और मैसम बरकेशली। "निरंतर-गहराई एकात्मक सर्किट के माध्यम से टोपोलॉजिकल रूप से एन्कोडेड क्वैबिट पर सार्वभौमिक तार्किक द्वार"। भौतिक. रेव्ह. लेट. 125, 050502 (2020)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.050502

[15] अली लवसानी, गुआन्यू झू, और मैसम बरकेशली। "निरंतर ओवरहेड के साथ सार्वभौमिक तार्किक द्वार: हाइपरबोलिक क्वांटम कोड के लिए तात्कालिक डेन ट्विस्ट"। क्वांटम 3, 180 (2019)।
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-08-26-180

[16] गुआन्यू झू, अली लवसानी, और मैसम बरकेशली। "टोपोलॉजिकली ऑर्डर किए गए राज्यों में तात्कालिक ब्रैड्स और डेन ट्विस्ट"। भौतिक. रेव. बी 102, 075105 (2020)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.102.075105

[17] गुआन्यू झू, मोहम्मद हाफेजी, और मैसम बरकेशली। "क्वांटम ओरिगेमी: क्वांटम गणना और टोपोलॉजिकल ऑर्डर के माप के लिए ट्रांसवर्सल गेट्स"। भौतिक. रेव. रिसर्च 2, 013285 (2020)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013285

[18] अलेक्जेंडर कुबिका, बेनी योशिदा, और फर्नांडो पास्तावस्की। "रंग कोड खोलना"। न्यू जर्नल ऑफ फिजिक्स 17, 083026 (2015)।
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​8/​083026

[19] माइकल वासमर और डैन ई. ब्राउन। "त्रि-आयामी सतह कोड: अनुप्रस्थ द्वार और दोष-सहिष्णु वास्तुकला"। भौतिक समीक्षा ए 100, 012312 (2019)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012312

[20] हेक्टर बॉम्बिन. "गेज रंग कोड: टोपोलॉजिकल स्टेबलाइजर कोड में इष्टतम ट्रांसवर्सल गेट और गेज फिक्सिंग"। नई जे. भौतिक. 17, 083002 (2015)।
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​8/​083002

[21] हेक्टर बॉम्बिन. "एकल-शॉट दोष-सहिष्णु क्वांटम त्रुटि सुधार"। भौतिक. रेव. एक्स 5, 031043 (2015)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.5.031043

[22] अलेक्जेंडर कुबिका और जॉन प्रेस्किल। "टोपोलॉजिकल कोड के लिए सिद्ध सीमा वाले सेल्युलर-ऑटोमेटन डिकोडर"। भौतिक. रेव्ह. लेट. 123, 020501 (2019)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.020501

[23] माइकल वासमर, डैन ई. ब्राउन, और अलेक्जेंडर कुबिका। "शोर माप और उससे आगे के साथ टोपोलॉजिकल क्वांटम कोड के लिए सेलुलर ऑटोमेटन डिकोडर" (2020)।
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-021-81138-2

[24] बेंजामिन जे। ब्राउन, डैनियल लॉस, जियानिस के। पचोस, क्रिस एन। सेल्फ, और जेम्स आर। वूटन। "परिमित तापमान पर क्वांटम यादें"। रेव मॉड। भौतिक। 88, 045005 (2016)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.88.045005

[25] ऑस्टिन जी. फाउलर, एडम सी. व्हाईटसाइड, और लॉयड सीएल होलेनबर्ग। "सतह कोड के लिए व्यावहारिक शास्त्रीय प्रसंस्करण की ओर"। भौतिक समीक्षा पत्र 108 (2012)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.108.180501

[26] फर्नांडो पास्तावस्की, लुकास क्लेमेंटे और जुआन इग्नासियो सिराक। "इंजीनियरिंग अपव्यय पर आधारित क्वांटम यादें"। भौतिक। रेव। ए 83, 012304 (2011)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.012304

[27] जस्टिन एल. मल्लेक, डोना-रूथ डब्ल्यू. योस्ट, डैना रोसेनबर्ग, जोनिलिन एल. योडर, ग्रेगरी कैलुसिन, मैट कुक, रबींद्र दास, एलेक्जेंड्रा डे, इवान गोल्डन, डेविड के. किम, जेफ़री केनचट, बेथनी एम. नीडज़िल्स्की, मोली श्वार्टज़ , अर्जन सेवी, कोरी स्टूल, वेन वुड्स, एंड्रयू जे. करमन, और विलियम डी. ओलिवर। "सिलिकॉन वियास के माध्यम से सुपरकंडक्टिंग का निर्माण" (2021)। arXiv:2103.08536.
arXiv: 2103.08536

[28] डी. रोसेनबर्ग, डी. किम, आर. दास, डी. योस्ट, एस. गुस्तावसन, डी. होवर, पी. क्रांत्ज़, ए. मेलविले, एल. रैक्ज़, जीओ सैमच, और एट अल। "3डी इंटीग्रेटेड सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट्स"। एनपीजे क्वांटम सूचना 3 (2017)।
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-017-0044-0

[29] जेरी चाउ, ओलिवर डायल, और जे गैम्बेटा। “$text{IBM क्वांटम}$ 100‑क्विबिट प्रोसेसर बाधा को तोड़ता है” (2021)।

[30] सारा बार्टोलुची, पैट्रिक बिरचेल, हेक्टर बॉम्बिन, ह्यूगो केबल, क्रिस डॉसन, मर्सिडीज गिमेनो-सेगोविया, एरिक जॉन्सटन, कोनराड कीलिंग, नाओमी निकर्सन, मिहिर पंत, फर्नांडो पास्तावस्की, टेरी रूडोल्फ और क्रिस स्पैरो। "फ्यूजन-आधारित क्वांटम गणना" (2021)। arXiv:2101.09310.
arXiv: 2101.09310

[31] हेक्टर बॉम्बिन, इसहाक एच. किम, डैनियल लिटिंस्की, नाओमी निकर्सन, मिहिर पंत, फर्नांडो पास्तावस्की, सैम रॉबर्ट्स और टेरी रूडोल्फ। "इंटरलीविंग: दोष-सहिष्णु फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए मॉड्यूलर आर्किटेक्चर" (2021)। arXiv:2103.08612.
arXiv: 2103.08612

[32] सेर्गेई ब्रावी और जियोंगवान हाह। "3डी क्यूबिक कोड मॉडल में क्वांटम स्व-सुधार"। भौतिक. रेव्ह. लेट. 111, 200501 (2013)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.200501

[33] चेनयांग वांग, जिम हैरिंगटन, और जॉन प्रेस्किल। "एक अव्यवस्थित गेज सिद्धांत में कारावास-हिग्स संक्रमण और क्वांटम मेमोरी के लिए सटीकता सीमा"। एनल्स ऑफ फिजिक्स 303, 31-58 (2003)।
https:/​/​doi.org/​10.1016/​s0003-4916(02)00019-2

[34] हेल्मुट जी. काट्ज़ग्रेबर, एच. बॉम्बिन, और एमए मार्टिन-डेलगाडो। "रंग कोड और यादृच्छिक तीन-बॉडी आइसिंग मॉडल के लिए त्रुटि सीमा"। भौतिक. रेव्ह. लेट. 103, 090501 (2009)।
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.090501

[35] जैक एडमंड्स. "पथ, पेड़ और फूल"। कैनेडियन जर्नल ऑफ़ मैथमेटिक्स 17, 449-467 (1965)।
https: / / doi.org/ 10.4153 / मुख्य न्यायिक मजिस्ट्रेट-1965-045-4

[36] हेक्टर बॉम्बिन. "2डी टोपोलॉजिकल कोड के साथ 3डी क्वांटम गणना" (2018)। arXiv:1810.09571.
arXiv: 1810.09571

[37] बेंजामिन जे. ब्राउन. "दो आयामों में सतह कोड के लिए एक दोष-सहिष्णु गैर-क्लिफ़ोर्ड गेट"। विज्ञान अग्रिम 6 (2020)।
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aay4929

[38] अलेक्जेंडर कुबिका और माइकल वासमर। "त्रि-आयामी सबसिस्टम टोरिक कोड के साथ एकल-शॉट क्वांटम त्रुटि सुधार" (2021)।
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-022-33923-4

[39] एच. बॉम्बिन. "गेज रंग कोड: इष्टतम ट्रांसवर्सल गेट्स और टोपोलॉजिकल स्टेबलाइज़र कोड में गेज फिक्सिंग" (2015)। arXiv:1311.0879.
arXiv: 1311.0879

[40] माइकल जॉन जॉर्ज वासमर। "त्रि-आयामी सतह कोड के साथ दोष-सहिष्णु क्वांटम कंप्यूटिंग"। पीएचडी शोधलेख। यूसीएल (यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन)। (2019)।

द्वारा उद्धृत

[1] नीरेजा सुंदरेसन, थियोडोर जे. योडर, यंगसेओक किम, मुयुआन ली, एडवर्ड एच. चेन, ग्रेस हार्पर, टेड थोरबेक, एंड्रयू डब्ल्यू. क्रॉस, एंटोनियो डी. कॉर्कोल्स, और मायका ताकिता, "मल्टी-राउंड सबसिस्टम क्वांटम त्रुटि का प्रदर्शन" मिलान और अधिकतम संभावना डिकोडर्स का उपयोग करके सुधार", नेचर कम्युनिकेशंस 14, 2852 (2023).

[2] अर्पित दुआ, नाथनान तांतिवसदाकर्ण, जोसेफ सुलिवन, और टायलर डी. एलिसन, "इंजीनियरिंग फ़्लोक्वेट कोड्स बाय रिवाइंडिंग", arXiv: 2307.13668, (2023).

[3] एरिक हुआंग, आर्थर पेसा, क्रिस्टोफर टी. चूब, माइकल वासमर, और अर्पित दुआ, "पक्षपातपूर्ण शोर के लिए त्रि-आयामी टोपोलॉजिकल कोड तैयार करना", arXiv: 2211.02116, (2022).

उपरोक्त उद्धरण से हैं SAO / NASA ADS (अंतिम अद्यतन सफलतापूर्वक 2023-09-27 01:52:57)। सूची अधूरी हो सकती है क्योंकि सभी प्रकाशक उपयुक्त और पूर्ण उद्धरण डेटा प्रदान नहीं करते हैं।

On Crossref की उद्धृत सेवा द्वारा कार्यों का हवाला देते हुए कोई डेटा नहीं मिला (अंतिम प्रयास 2023-09-27 01:52:56)।

समय टिकट:

से अधिक क्वांटम जर्नल