Adaptieve oppervlaktecode voor kwantumfoutcorrectie in aanwezigheid van tijdelijke of permanente defecten

Adaptieve oppervlaktecode voor kwantumfoutcorrectie in aanwezigheid van tijdelijke of permanente defecten

Tijdstempel: 25 juli 2023 7:45 uur
Adaptieve oppervlaktecode voor kwantumfoutcorrectie in de aanwezigheid van tijdelijke of permanente defecten PlatoBlockchain Data Intelligence. Verticaal zoeken. Ai.

Adam Siegel1,2, Armands Strikis1, Thomas Vleiers1, en Simon Benjamin1,2

1Afdeling Materialen, Universiteit van Oxford, Parks Road, Oxford OX1 3PH, Verenigd Koninkrijk
2Quantum Motion, 9 Sterling Way, Londen N7 9HJ, Verenigd Koninkrijk

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

Of het nu in de fabricagefase is of tijdens de kwantumberekening, bijvoorbeeld vanwege hoogenergetische gebeurtenissen zoals kosmische straling, de qubits die een foutcorrigerende code vormen, kunnen onbruikbaar worden. Dergelijke defecten kunnen overeenkomen met individuele qubits of met clusters en kunnen de code mogelijk voldoende verstoren om logische fouten te genereren. In dit artikel onderzoeken we een nieuwe $adaptieve$ benadering voor kwantumfoutcorrectie van oppervlaktecode op een defect rooster. We laten zien dat het combineren van een geschikt algoritme voor defectdetectie en een quarantaine van de geïdentificeerde zone het mogelijk maakt om het voordeel van kwantumfoutcorrectie bij eindige codegroottes te behouden, ten koste van een qubit-overhead die schaalt met de grootte van het defect. Onze cijfers geven aan dat de drempel van de code niet significant hoeft te worden beïnvloed; voor een bepaald scenario waarbij zich herhaaldelijk kleine defecten voordoen in elke logische qubit, is de ruisdrempel bijvoorbeeld $2.7%$ (versus het defectvrije geval van $2.9%$). Deze resultaten maken de weg vrij voor de experimentele implementatie van grootschalige kwantumcomputers waar defecten onvermijdelijk zijn.

► BibTeX-gegevens

► Referenties

[1] Austin G. Fowler, Matteo Mariantoni, John M. Martinis en Andrew N. Cleland. Oppervlaktecodes: op weg naar praktische grootschalige kwantumberekening. Physical Review A, 86 (3), sep 2012. 10.1103/physreva.86.032324.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.86.032324

[2] Craig Gidney en Martin Ekerå. Hoe 2048-bits RSA-gehele getallen in 8 uur te ontbinden met behulp van 20 miljoen luidruchtige qubits. Quantum, 5: 433, april 2021. 10.22331/​q-2021-04-15-433.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-04-15-433

[3] Exponentiële onderdrukking van bit- of fasefouten met cyclische foutcorrectie. Natuur, 595 (7867): 383-387, 2021. 10.1038/​s41586-021-03588-y.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-021-03588-y

[4] Peter W.Shor. Schema voor het verminderen van decoherentie in het geheugen van kwantumcomputers. Fys. Rev. A, 52: R2493–R2496, oktober 1995. 10.1103/​PhysRevA.52.R2493.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.52.R2493

[5] Barbara M. Terhal. Kwantumfoutcorrectie voor kwantumgeheugens. Reviews of Modern Physics, 87 (2): 307–346, april 2015. 10.1103/​revmodphys.87.307.
https: / / doi.org/ 10.1103 / revmodphys.87.307

[6] Graaf T. Campbell, Barbara M. Terhal en Christophe Vuillot. Wegen naar fouttolerante universele kwantumberekeningen. Nature, 549 (7671): 172–179, september 2017. 10.1038/​nature23460.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23460

[7] John M Martinis. Supergeleidende kwantumprocessors redden van qubit-verval en gecorreleerde fouten gegenereerd door gamma- en kosmische straling. 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 en R McDermott. Gecorreleerde ladingsruis en relaxatiefouten in supergeleidende qubits. Nature, 594 (7863): 369-373, juni 2021. 10.1038/​s41586-021-03557-5.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03557-5

[9] Oplossen van catastrofale foutuitbarstingen van kosmische straling in grote reeksen supergeleidende qubits. Natuurfysica, 18 (1): 107–111, dec 2021. 10.1038/​s41567-021-01432-8.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01432-8

[10] J. Vala, KB Whaley en DS Weiss. Kwantumfoutcorrectie van een qubit-verlies in een adresseerbaar atomair systeem. Fysiek. Rev. A, 72: 052318, november 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, et al. Beoordeling van de voortgang van processors met ingesloten ionen naar fouttolerante kwantumberekeningen. Fysieke beoordeling 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 en Mikhail D. Lukin. Hardware-efficiënte, fouttolerante kwantumberekening met Rydberg-atomen. 2021. 10.48550/​ARXIV.2105.13501.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2105.13501

[13] Natalie C Brown, Michael Newman en Kenneth R Brown. Omgaan met lekkage met subsysteemcodes. New Journal of Physics, 21 (7): 073055, jul 2019. 10.1088/1367-2630/ab3372.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab3372

[14] Benjamin J. Brown, Katharina Laubscher, Markus S. Kesselring en James R. Wootton. Gaten prikken en hoeken snijden om Clifford-poorten te bereiken met de oppervlaktecode. Fysiek. Rev. X, 7: 021029, mei 2017. 10.1103/PhysRevX.7.021029.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.021029

[15] Kwantumfouten onderdrukken door een logische qubit met oppervlaktecode te schalen. Natuur, 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 en Liang Jiang. Gedistribueerde kwantumfoutcorrectie voor catastrofale fouten op chipniveau. 2022. 10.48550/​ARXIV.2203.16488.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2203.16488

[17] Thomas M. Stace, Sean D. Barrett en Andrew C. Doherty. Drempels voor topologische codes in aanwezigheid van verlies. Physical Review Letters, 102 (20), mei 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 en Rodney Van Meter. Oppervlaktecodefoutcorrectie op een defect rooster. New Journal of Physics, 19 (2): 023050, februari 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 en Dan E. Browne. Fouttolerantiedrempels voor de oppervlaktecode met fabricagefouten. Physical Review A, 96 (4), oktober 2017. 10.1103/​physreva.96.042316.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.96.042316

[20] Armands Strikis, Simon C. Benjamin en Benjamin J. Brown. Quantumcomputing is schaalbaar op een vlakke reeks qubits met fabricagefouten. arXiv e-prints, art. arXiv:2111.06432, november 2021. 10.48550/​arXiv.2111.06432.
https:/​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2111.06432
arXiv: 2111.06432

[21] Adam Paetznick en Ben W. Reichardt. Universele fouttolerante kwantumberekening met alleen transversale poorten en foutcorrectie. Physical Review Letters, 111 (9), augustus 2013. 10.1103/physrevlett.111.090505.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.111.090505

[22] Oscar Higgott en Nikolas P. Breuckmann. Subsysteemcodes met hoge drempels door meterbevestiging en verminderde qubit-overhead. Fysieke beoordeling X, 11 (3), aug. 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 en Barbara M Terhal. Codevervorming en roosterchirurgie zijn maatbevestiging. New Journal of Physics, 21 (3): 033028, mrt 2019. 10.1088/1367-2630/ab0199.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab0199

[24] Matt McEwen, Dave Bacon en Craig Gidney. Versoepelende hardwarevereisten voor oppervlaktecodecircuits met behulp van tijddynamiek. 2023. 10.48550/​arXiv.2302.02192.
https:/​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2302.02192

[25] Joschka Roffe, David R. White, Simon Burton en Earl Campbell. Decodering in het kwantum low-density pariteitscontrolecodelandschap. Physical Review Research, 2 (4), dec 2020. 10.1103/​physrevresearch.2.043423.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevresearch.2.043423

[26] Nicolas Delfosse en Gilles Zemor. Lineaire-tijd maximale waarschijnlijkheidsdecodering van oppervlaktecodes via het kwantumwiskanaal. Physical Review Research, 2 (3), jul 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 en Nicolas Delfosse. Een schaalbare decoder-microarchitectuur voor fouttolerante kwantumcomputing. 2020. 10.48550/​ARXIV.2001.06598.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2001.06598

[28] Poulami Das, Aditya Locharla en Cody Jones. Lilliput: een lichtgewicht opzoektabelgebaseerde decoder met lage latentie voor kwantumfoutcorrectie op korte termijn. 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 en Moinuddin K. Qureshi. De instructiebandbreedte van kwantumcomputers temmen via door hardware beheerde foutcorrectie. In Proceedings of the 50th Annual IEEE/​ACM International Symposium on Microarchitecture, MICRO-50 '17, pagina 679–691, New York, NY, VS, 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 en Earl T. Campbell. Parallelle vensterdecodering maakt schaalbare fouttolerante kwantumberekening mogelijk. 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 en Teruo Tanimoto. Q3de: een fouttolerante kwantumcomputerarchitectuur voor multi-bit burst-fouten door kosmische straling. In 2022 55e IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture (MICRO), pagina's 1110–1125, 2022. 10.1109/MICRO56248.2022.00079.
https://​/​doi.org/​10.1109/​MICRO56248.2022.00079

[32] Andreas Richards. Geavanceerde onderzoekscomputers van de Universiteit van Oxford. Augustus 2015. 10.5281/​zenodo.22558.
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.22558

Geciteerd door

[1] Sophia Fuhui Lin, Joshua Viszlai, Kaitlin N. Smith, Gokul Subramanian Ravi, Charles Yuan, Frederic T. Chong en Benjamin J. Brown, "Empirische overhead van de aangepaste oppervlaktecode op defecte qubit-arrays", arXiv: 2305.00138, (2023).

[2] Armands Strikis, Simon C. Benjamin en Benjamin J. Brown, "Quantum Computing is schaalbaar op een vlakke reeks qubits met fabricagefouten", Fysieke beoordeling toegepast 19 6, 064081 (2023).

[3] Asmae Benhemou, Kaavya Sahay, Lingling Lao en Benjamin J. Brown, "Fouten van oppervlaktecodes minimaliseren met behulp van een kleurcodedecoder", arXiv: 2306.16476, (2023).

[4] David Aasen, Jeongwan Haah, Parsa Bonderson, Zhenghan Wang en Matthew Hastings, "Fouttolerante Hastings-Haah-codes in de aanwezigheid van dode qubits", arXiv: 2307.03715, (2023).

Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2023-07-25 11:47:36). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.

Kon niet ophalen Door Crossref geciteerde gegevens tijdens laatste poging 2023-07-25 11:47:35: kon niet geciteerde gegevens voor 10.22331 / q-2023-07-25-1065 niet ophalen van Crossref. Dit is normaal als de DOI recent is geregistreerd.

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal