Sammenhengende feil og avlesningsfeil i overflatekoden

Publisert av Platon

Følgere: 0

Áron Márton¹ og János K. Asbóth^1,2

¹Institutt for teoretisk fysikk, Institutt for fysikk, Budapest Universitetet for teknologi og økonomi, Műegyetem rkp. 3., H-1111 Budapest, Ungarn
²Wigner forskningssenter for fysikk, H-1525 Budapest, postboks 49., Ungarn

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Vi vurderer den kombinerte effekten av utlesningsfeil og koherente feil, dvs. deterministiske faserotasjoner, på overflatekoden. Vi bruker en nylig utviklet numerisk tilnærming, via en kartlegging av de fysiske qubitene til Majorana-fermioner. Vi viser hvordan du bruker denne tilnærmingen i nærvær av avlesningsfeil, behandlet på fenomenologisk nivå: perfekte projektive målinger med potensielt feil registrerte utfall, og flere gjentatte målerunder. Vi finner en terskel for denne kombinasjonen av feil, med en feilrate nær terskelen til den tilsvarende inkoherente feilkanalen (tilfeldige Pauli-Z og avlesningsfeil). Verdien av terskelfeilraten, ved bruk av verstefalls-troskap som mål på logiske feil, er 2.6 %. Under terskelen fører oppskalering av koden til raskt tap av koherens i feilene på logisk nivå, men feilrater som er større enn for den tilsvarende inkoherente feilkanalen. Vi varierer også koherent- og utlesningsfeilratene uavhengig, og finner at overflatekoden er mer følsom for koherente feil enn for avlesningsfeil. Vårt arbeid utvider de siste resultatene på sammenhengende feil med perfekt avlesning til den eksperimentelt mer realistiske situasjonen der avlesningsfeil også forekommer.

Sammenhengende feil og avlesningsfeil i overflatekoden PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikalt søk. Ai.

Utvalgt bilde: Våre numeriske resultater viser at Quantum Error Correction (QEC) ved bruk av Surface Code fungerer bra (grønt område: bedre beskyttelse hvis flere qubits brukes) selv om avlesningsfeilraten er ganske høy, forutsatt at frekvensen av koherente feil ikke er for høy. høy.

Populært sammendrag

For å utføre lange beregninger, må kvanteinformasjonen som kvantedatamaskiner jobber med, beskyttes mot miljøstøy. Dette krever kvantefeilkorreksjon (QEC), hvorved hver logisk qubit er kodet inn i kollektive kvantetilstander med mange fysiske qubits. Vi studerte, ved hjelp av numerisk simulering, hvor godt den mest lovende kvantefeilkorrigerende koden, den såkalte Surface Code, kan beskytte kvanteinformasjon mot en kombinasjon av såkalte koherente feil (en type kalibreringsfeil) og avlesningsfeil. Vi fant ut at Surface Code gir bedre beskyttelse ettersom koden skaleres opp, så lenge feilnivåene er under en terskel. Denne terskelen er nær den velkjente terskelen for en annen kombinasjon av feil: usammenhengende feil (en type feil som oppstår fra sammenfiltring med et kvantemiljø) og avlesningsfeil. Vi fant også (som vist i det medfølgende bildet) at Surface Code er mer robust mot avlesningsfeil enn sammenhengende feil. Merk at vi brukte den såkalte fenomenologiske feilmodellen: vi modellerte støykanalene veldig presist, men gjorde ikke en modellering av koden på kvantekretsnivået.

► BibTeX-data

@article{Marton2023coherenterrors, doi = {10.22331/q-2023-09-21-1116}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-09-21-1116}, tittelfeil = {Koherent feil og avlesningsfeil i overflatekoden}, forfatter = {M{'{a}}rton, {'{A}}ron og Asb{'{o}}th, J{'{a}}nos K.}, tidsskrift = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, utgiver = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volum = {7}, sider = {1116 }, måned = sep, år = {2023} }

► Referanser

[1] Eric Dennis, Alexei Kitaev, Andrew Landahl og John Preskill. "Topologisk kvanteminne". Journal of Mathematical Physics 43, 4452–4505 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1499754

[2] Austin G Fowler, Matteo Mariantoni, John M Martinis og Andrew N Cleland. "Overflatekoder: Mot praktisk storskala kvanteberegning". Physical Review A 86, 032324 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.032324

[3] Chenyang Wang, Jim Harrington og John Preskill. "Confinement-Higgs-overgang i en uordnet gauge-teori og nøyaktighetsterskelen for kvanteminne". 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 og Miguel A Martin-Delgado. "Sterk motstandsdyktighet av topologiske koder mot depolarisering". Fysisk gjennomgang X 2, 021004 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.2.021004

[5] Christopher T Chubb og Steven T Flammia. "Statistiske mekaniske modeller for kvantekoder med korrelert støy". Annales de l'Institut Henri Poincaré D 8, 269–321 (2021).
https:///doi.org/10.4171/AIHPD/105

[6] Scott Aaronson og Daniel Gottesman. "Forbedret simulering av stabilisatorkretser". Physical Review A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

[7] Craig Gidney. "Stim: en rask stabilisatorkretssimulator". 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, et al. "Realiserer gjentatt kvantefeilkorreksjon i en avstand-tre overflatekode". Nature 605, 669–674 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04566-8

[9] Rajeev Acharya et al. "Undertrykkelse av kvantefeil ved å skalere en logisk qubit for overflatekode". Nature 614, 676 – 681 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05434-1

[10] Yu Tomita og Krysta M Svore. "Lavdistanse-overflatekoder under realistisk kvantestøy". Physical Review A 90, 062320 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.062320

[11] Daniel Greenbaum og Zachary Dutton. "Modellering av sammenhengende feil i kvantefeilkorreksjon". Quantum Science and Technology 3, 015007 (2017).
https://doi.org/10.1088/2058-9565/aa9a06

[12] Andrew S Darmawan og David Poulin. "Tensor-nettverkssimuleringer av overflatekoden under realistisk støy". Physical Review Letters 119, 040502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.040502

[13] Shigeo Hakkaku, Kosuke Mitarai og Keisuke Fujii. "Sampling-basert kvasi-sannsynlighetssimulering for feiltolerant kvantefeilkorreksjon på overflatekodene under koherent støy". Physical Review Research 3, 043130 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.043130

[14] Florian Venn, Jan Behrends og Benjamin Béri. "Koherent-feilterskel for overflatekoder fra majorana-delokalisering". 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 og Raymond Laflamme. "Kvantefeilkorreksjon dekoherer støy". Physical Review Letters 121, 190501 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.190501

[16] Joseph K Iverson og John Preskill. "Koherens i logiske kvantekanaler". New Journal of Physics 22, 073066 (2020).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab8e5c

[17] Mauricio Gutiérrez, Conor Smith, Livia Lulushi, Smitha Janardan og Kenneth R Brown. "Feil og pseudoterskler for usammenhengende og sammenhengende støy". Physical Review A 94, 042338 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.042338

[18] Sergey Bravyi, Matthias Englbrecht, Robert König og Nolan Peard. "Korrigering av sammenhengende feil med overflatekoder". npj Quantum Information 4 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-018-0106-y

[19] F Venn og B Béri. "Feilkorreksjon og støydekoherensterskler for koherente feil i plane grafiske overflatekoder". Physical Review Research 2, 043412 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043412

[20] Héctor Bombín og Miguel A Martin-Delgado. "Optimale ressurser for topologiske todimensjonale stabilisatorkoder: Komparativ studie". Physical Review A 76, 012305 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.012305

[21] Nicolas Delfosse og Naomi H Nickerson. "Nesten lineær tidsdekodingsalgoritme for topologiske koder". Quantum 5, 595 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-12-02-595

[22] Sergey Bravyi, Martin Suchara og Alexander Vargo. "Effektive algoritmer for maksimal sannsynlighetsdekoding i overflatekoden". Physical Review A 90, 032326 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.032326

[23] Austin G. Fowler. "Minimum vekt perfekt matching av feiltolerante topologiske kvantefeilkorreksjon i gjennomsnittlig o(1) parallelltid". Kvanteinformasjon. Comput. 15, 145–158 (2015).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1307.1740

[24] Eric Huang, Andrew C. Doherty og Steven Flammia. "Ytelse av kvantefeilkorreksjon med koherente feil". Physical Review A 99, 022313 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.022313

[25] Alexei Gilchrist, Nathan K. Langford og Michael A. Nielsen. "Avstandsmål for å sammenligne reelle og ideelle kvanteprosesser". 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 og Nicolas Delfosse. "Forbedret kvantefeilkorreksjon ved bruk av myk informasjon". forhåndstrykk (2021).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2107.13589

[27] Oscar Higgott. "Pymatching: En python-pakke for dekoding av kvantekoder med perfekt matching av minimumsvekt". ACM Transactions on Quantum Computing 3, 1–16 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3505637

[28] Alexei Kitaev. "Alle i en nøyaktig løst modell og utover". Annals of Physics 321, 2–111 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2005.10.005

[29] "FLO-simulering av overflatekoden - python-skript". https:///github.com/martonaron88/Surface_code_FLO.git.
https:///github.com/martonaron88/Surface_code_FLO.git

[30] Yuanchen Zhao og Dong E Liu. "Gittermålerteori og topologisk kvantefeilkorreksjon med kvanteavvik i tilstandsforberedelsen og feildeteksjon". forhåndstrykk (2023).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2301.12859

[31] Jingzhen Hu, Qingzhong Liang, Narayanan Rengaswamy og Robert Calderbank. "Dempe koherent støy ved å balansere vekt-2 z-stabilisatorer". IEEE Transactions on Information Theory 68, 1795–1808 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2021.3130155

[32] Yingkai Ouyang. "Unngå sammenhengende feil med roterte sammenkoblede stabilisatorkoder". 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 og Kenneth R Brown. "Optimalisering av stabilisatorpariteter for forbedrede logiske qubit-minner". Physical Review Letters 127, 240501 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.240501

[34] S Bravyi og R König. "Klassisk simulering av dissipativ fermionisk lineær optikk". Quantum Information and Computation 12, 1–19 (2012).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1112.2184

[35] Barbara M Terhal og David P DiVincenzo. "Klassisk simulering av ikke-samvirkende fermion kvantekretser". Physical Review A 65, 032325 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.032325

[36] Sergey Bravyi. "Lagrangian representasjon for fermionisk lineær optikk". Quantum Information and Computation 5, 216–238 (2005).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0404180
arxiv: Quant-ph / 0404180

Sitert av

Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.