Errori coerenti ed errori di lettura nel codice di superficie

Errori coerenti ed errori di lettura nel codice di superficie

Timestamp: 21 settembre 2023 8:07

Áron Márton1 e János K. Asbóth1,2

1Dipartimento di Fisica Teorica, Istituto di Fisica, Università di Tecnologia ed Economia di Budapest, Műegyetem rkp. 3., H-1111 Budapest, Ungheria
2Centro di ricerca di fisica Wigner, H-1525 Budapest, casella postale 49., Ungheria

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Astratto

Consideriamo l'effetto combinato degli errori di lettura e degli errori coerenti, cioè rotazioni di fase deterministiche, sul codice di superficie. Utilizziamo un approccio numerico sviluppato di recente, tramite una mappatura dei qubit fisici sui fermioni di Majorana. Mostriamo come utilizzare questo approccio in presenza di errori di lettura, trattati a livello fenomenologico: misurazioni proiettive perfette con risultati potenzialmente registrati in modo errato e cicli di misurazione ripetuti multipli. Troviamo una soglia per questa combinazione di errori, con un tasso di errore vicino alla soglia del corrispondente canale di errore incoerente (errori Pauli-Z casuali ed errori di lettura). Il valore del tasso di errore soglia, utilizzando il caso peggiore come misura degli errori logici, è del 2.6%. Al di sotto della soglia, l'aumento di scala del codice porta alla rapida perdita di coerenza negli errori a livello logico, ma a tassi di errore maggiori di quelli del corrispondente canale di errore incoerente. Variamo anche i tassi di errore di coerenza e di lettura in modo indipendente e scopriamo che il codice di superficie è più sensibile agli errori di coerenza che agli errori di lettura. Il nostro lavoro estende i recenti risultati sugli errori coerenti con lettura perfetta alla situazione sperimentalmente più realistica in cui si verificano anche errori di lettura.

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Immagine in primo piano: i nostri risultati numerici mostrano che la correzione degli errori quantistici (QEC) utilizzando il codice di superficie funziona bene (area verde: migliore protezione se vengono utilizzati più qubit) anche se il tasso di errore di lettura è piuttosto elevato, presupponendo che il tasso di errori coerenti non sia troppo alto.

Riepilogo popolare

Per eseguire calcoli lunghi, le informazioni quantistiche su cui lavorano i computer quantistici devono essere protette dal rumore ambientale. Ciò richiede la correzione degli errori quantistici (QEC), per cui ciascun qubit logico è codificato in stati quantistici collettivi di molti qubit fisici. Abbiamo studiato, utilizzando la simulazione numerica, quanto bene il codice di correzione degli errori quantistici più promettente, il cosiddetto codice di superficie, possa proteggere le informazioni quantistiche da una combinazione dei cosiddetti errori coerenti (un tipo di errori di calibrazione) ed errori di lettura. Abbiamo riscontrato che Surface Code fornisce una protezione migliore man mano che il codice viene ingrandito, purché i livelli di errore siano inferiori a una soglia. Questa soglia è vicina alla soglia ben nota di un'altra combinazione di errori: errori incoerenti (un tipo di errore derivante dall'entanglement con un ambiente quantistico) ed errori di lettura. Abbiamo anche scoperto (come mostrato nell'immagine allegata) che il codice di superficie è più robusto contro gli errori di lettura rispetto agli errori coerenti. Si noti che abbiamo utilizzato il cosiddetto modello di errore fenomenologico: abbiamo modellato i canali di rumore in modo molto preciso, ma non abbiamo eseguito una modellazione del codice a livello del circuito quantistico.

► dati BibTeX

► Riferimenti

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arXiv: Quant-ph / 0404180

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