Erori coerente și erori de citire în codul de suprafață

Erori coerente și erori de citire în codul de suprafață

Marca temporală: 21 septembrie 2023, ora 8:07

Áron Márton1 și János K. Asbóth1,2

1Departamentul de Fizică Teoretică, Institutul de Fizică, Universitatea de Tehnologie și Economie din Budapesta, Műegyetem rkp. 3., H-1111 Budapesta, Ungaria
2Centrul de Cercetare pentru Fizică Wigner, H-1525 Budapesta, PO Box 49., Ungaria

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Luăm în considerare efectul combinat al erorilor de citire și al erorilor coerente, adică rotațiile de faze deterministe, asupra codului de suprafață. Folosim o abordare numerică dezvoltată recent, printr-o mapare a qubiților fizici la fermionii Majorana. Arătăm cum se utilizează această abordare în prezența erorilor de citire, tratate la nivel fenomenologic: măsurători proiective perfecte cu rezultate potențial înregistrate incorect și mai multe runde de măsurare repetate. Găsim un prag pentru această combinație de erori, cu o rată de eroare apropiată de pragul canalului de eroare incoerent corespunzător (Pauli-Z aleatoriu și erori de citire). Valoarea ratei de eroare de prag, folosind fidelitatea cazului cel mai rău ca măsură a erorilor logice, este de 2.6%. Sub prag, extinderea codului duce la pierderea rapidă a coerenței erorilor la nivel logic, dar rate de eroare care sunt mai mari decât cele ale canalului de eroare incoerent corespunzător. De asemenea, variam ratele de eroare coerente și de citire în mod independent și constatăm că codul de suprafață este mai sensibil la erorile coerente decât la erorile de citire. Lucrarea noastră extinde rezultatele recente privind erorile coerente cu citire perfectă la situația experimentală mai realistă în care apar și erori de citire.

Coherent errors and readout errors in the surface code PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Imagine prezentată: Rezultatele noastre numerice arată că Corecția erorilor cuantice (QEC) folosind codul de suprafață funcționează bine (zonă verde: protecție mai bună dacă se folosesc mai mulți qubiți) chiar dacă rata de eroare de citire este destul de mare, presupunând că rata erorilor coerente nu este prea mare. înalt.

Rezumat popular

Pentru a efectua calcule lungi, informațiile cuantice pe care lucrează computerele cuantice trebuie protejate împotriva zgomotului ambiental. Acest lucru necesită corecția erorilor cuantice (QEC), prin care fiecare qubit logic este codificat în stări cuantice colective ale multor qubiți fizici. Am studiat, folosind simularea numerică, cât de bine poate proteja cel mai promițător cod de corectare a erorilor cuantice, așa-numitul Cod de suprafață, informațiile cuantice împotriva unei combinații de așa-numite erori coerente (un tip de erori de calibrare) și erori de citire. Am descoperit că Surface Code oferă o protecție mai bună pe măsură ce codul este extins, atâta timp cât nivelurile de eroare sunt sub un prag. Acest prag este aproape de pragul binecunoscut al unei alte combinații de erori: erori incoerente (un tip de eroare care decurge din încurcarea cu un mediu cuantic) și erori de citire. De asemenea, am constatat (după cum se arată în imaginea însoțitoare) că Codul de suprafață este mai robust împotriva erorilor de citire decât erorile coerente. Rețineți că am folosit așa-numitul model de eroare fenomenologică: am modelat canalele de zgomot foarte precis, dar nu am făcut o modelare a codului la nivel de circuit cuantic.

► Date BibTeX

► Referințe

[1] Eric Dennis, Alexei Kitaev, Andrew Landahl și John Preskill. „Memoria cuantică topologică”. Journal of Mathematical Physics 43, 4452–4505 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1499754

[2] Austin G Fowler, Matteo Mariantoni, John M Martinis și Andrew N Cleland. „Coduri de suprafață: către calcule cuantice practice la scară largă”. Physical Review A 86, 032324 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.032324

[3] Chenyang Wang, Jim Harrington și John Preskill. „Tranziția Confinement-Higgs într-o teorie dezordonată gauge și pragul de precizie pentru memoria cuantică”. Analele fizicii 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 și Miguel A Martin-Delgado. „Reziliența puternică a codurilor topologice la depolarizare”. Revista fizică X 2, 021004 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.2.021004

[5] Christopher T Chubb și Steven T Flammia. „Modele mecanice statistice pentru coduri cuantice cu zgomot corelat”. Annales de l'Institut Henri Poincaré D 8, 269–321 (2021).
https://​/​doi.org/​10.4171/​AIHPD/​105

[6] Scott Aaronson și Daniel Gottesman. „Simularea îmbunătățită a circuitelor stabilizatoare”. Physical Review A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

[7] Craig Gidney. „Stim: un simulator de circuit stabilizator rapid”. 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 și colab. „Realizarea corecției repetate a erorilor cuantice într-un cod de suprafață de distanță trei”. Nature 605, 669–674 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04566-8

[9] Rajeev Acharya și colab. „Suprimarea erorilor cuantice prin scalarea unui qubit logic de cod de suprafață”. Natura 614, 676 – 681 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1

[10] Yu Tomita și Krysta M Svore. „Coduri de suprafață la distanță mică sub zgomot cuantic realist”. Physical Review A 90, 062320 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.062320

[11] Daniel Greenbaum și Zachary Dutton. „Modelarea erorilor coerente în corectarea erorilor cuantice”. Quantum Science and Technology 3, 015007 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aa9a06

[12] Andrew S Darmawan și David Poulin. „Simulări de rețea de tensori ale codului de suprafață sub zgomot realist”. Physical Review Letters 119, 040502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.040502

[13] Shigeo Hakkaku, Kosuke Mitarai și Keisuke Fujii. „Simulare de cvasiprobabilitate bazată pe eșantionare pentru corectarea erorilor cuantice tolerante la erori pe codurile de suprafață sub zgomot coerent”. Physical Review Research 3, 043130 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.043130

[14] Florian Venn, Jan Behrends și Benjamin Béri. „Pragul de eroare coerent pentru codurile de suprafață din delocalizarea majorana”. 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 și Raymond Laflamme. „Corectarea erorilor cuantice decoerează zgomotul”. Physical Review Letters 121, 190501 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.190501

[16] Joseph K Iverson și John Preskill. „Coerența în canalele cuantice logice”. New Journal of Physics 22, 073066 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab8e5c

[17] Mauricio Gutiérrez, Conor Smith, Livia Lulushi, Smitha Janardan și Kenneth R Brown. „Erori și pseudopraguri pentru zgomot incoerent și coerent”. Physical Review A 94, 042338 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.042338

[18] Sergey Bravyi, Matthias Englbrecht, Robert König și Nolan Peard. „Corectarea erorilor coerente cu coduri de suprafață”. npj Quantum Information 4 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-018-0106-y

[19] F Venn și B Béri. „Praguri de corectare a erorilor și de decoerență a zgomotului pentru erori coerente în codurile de suprafață planare”. Physical Review Research 2, 043412 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043412

[20] Héctor Bombín și Miguel A Martin-Delgado. „Resurse optime pentru codurile de stabilizator topologic bidimensional: studiu comparativ”. Physical Review A 76, 012305 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.012305

[21] Nicolas Delfosse și Naomi H Nickerson. „Algoritm de decodare în timp aproape liniar pentru coduri topologice”. Quantum 5, 595 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-12-02-595

[22] Serghei Bravyi, Martin Suchara și Alexander Vargo. „Algoritmi eficienți pentru decodarea cu probabilitate maximă în codul de suprafață”. Physical Review A 90, 032326 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.032326

[23] Austin G. Fowler. „Potrivirea perfectă a greutății minime a corecției erorilor cuantice topologice tolerante la erori în timp paralel mediu o(1). Informații cuantice. Calculator. 15, 145–158 (2015).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1307.1740

[24] Eric Huang, Andrew C. Doherty și Steven Flammia. „Performanța corectării erorilor cuantice cu erori coerente”. Physical Review A 99, 022313 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.022313

[25] Alexei Gilchrist, Nathan K. Langford și Michael A. Nielsen. „Măsuri de distanță pentru a compara procesele cuantice reale și ideale”. 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 și Nicolas Delfosse. „Corectarea erorilor cuantice îmbunătățită folosind informații soft”. pretipărire (2021).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2107.13589

[27] Oscar Higgott. „Pymatching: Un pachet python pentru decodarea codurilor cuantice cu potrivire perfectă de greutate minimă”. Tranzacții ACM pe calculul cuantic 3, 1–16 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3505637

[28] Alexei Kitaev. „Oriuni într-un model exact rezolvat și nu numai”. Analele fizicii 321, 2–111 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2005.10.005

[29] „Simularea FLO a codului de suprafață – script python”. https://​/​github.com/​martonaron88/​Surface_code_FLO.git.
https://​/​github.com/​martonaron88/​Surface_code_FLO.git

[30] Yuanchen Zhao și Dong E Liu. „Teoria gabaritului și corecția topologică a erorilor cuantice cu abateri cuantice în pregătirea stării și detectarea erorilor”. pretipărire (2023).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2301.12859

[31] Jingzhen Hu, Qingzhong Liang, Narayanan Rengaswamy și Robert Calderbank. „Atenuarea zgomotului coerent prin echilibrarea stabilizatorilor z de greutate-2”. IEEE Transactions on Information Theory 68, 1795–1808 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2021.3130155

[32] Yingkai Ouyang. „Evitarea erorilor coerente cu codurile stabilizatoare concatenate rotite”. 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 și Kenneth R Brown. „Optimizarea parităților stabilizatoare pentru memorii de qubit logici îmbunătățite”. Physical Review Letters 127, 240501 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.240501

[34] S Bravyi și R König. „Simularea clasică a opticii liniare fermionice disipative”. Quantum Information and Computation 12, 1–19 (2012).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1112.2184

[35] Barbara M Terhal și David P DiVincenzo. „Simularea clasică a circuitelor cuantice de fermion neinteracționate”. Physical Review A 65, 032325 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.032325

[36] Serghei Bravyi. „Reprezentarea lagrangiană pentru optica liniară fermionică”. Quantum Information and Computation 5, 216–238 (2005).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​0404180
arXiv: Quant-ph / 0404180

Citat de

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic