Coherent Errors And Readout Errors In The Surface Code

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Áron Márton¹ in János K. Asbóth^1,2

¹Oddelek za teoretično fiziko, Inštitut za fiziko, Univerza za tehnologijo in ekonomijo v Budimpešti, Műegyetem rkp. 3., H-1111 Budimpešta, Madžarska
²Wignerjev raziskovalni center za fiziko, H-1525 Budimpešta, PO Box 49., Madžarska

Se vam zdi ta članek zanimiv ali želite razpravljati? Zaslišite ali pustite komentar na SciRate.

Minimalizem

Upoštevamo skupni učinek napak pri branju in koherentnih napak, tj. determinističnih faznih rotacij, na površinsko kodo. Uporabljamo nedavno razvit numerični pristop s preslikavo fizičnih kubitov v Majorana fermione. Pokažemo, kako uporabiti ta pristop ob prisotnosti napak pri odčitavanju, obravnavanih na fenomenološki ravni: popolne projektivne meritve s potencialno nepravilno zabeleženimi rezultati in več ponovljenih krogov merjenja. Najdemo prag za to kombinacijo napak s stopnjo napak, ki je blizu pragu ustreznega nekoherentnega kanala napak (naključne napake Pauli-Z in napake pri branju). Vrednost mejne stopnje napake, pri kateri se kot merilo logičnih napak uporablja najslabša natančnost, je 2.6 %. Pod pragom povečevanje kode povzroči hitro izgubo skladnosti v napakah na logični ravni, vendar so stopnje napak večje od stopenj ustreznega nekoherentnega kanala napak. Prav tako neodvisno spreminjamo stopnje koherentnih napak in napak pri branju in ugotavljamo, da je površinska koda bolj občutljiva na koherentne napake kot na napake pri branju. Naše delo razširja nedavne rezultate o koherentnih napakah s popolnim branjem na eksperimentalno bolj realistično situacijo, kjer se pojavljajo tudi napake branja.

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

Predstavljena slika: Naši numerični rezultati kažejo, da kvantna korekcija napak (QEC) z uporabo površinske kode deluje dobro (zeleno območje: boljša zaščita, če je uporabljenih več kubitov), tudi če je stopnja napak pri branju precej visoka, ob predpostavki, da stopnja koherentnih napak ni preveč visoka.

Priljubljen povzetek

Za izvajanje dolgih izračunov je treba kvantne informacije, na katerih delajo kvantni računalniki, zaščititi pred okoljskim hrupom. To zahteva kvantno popravljanje napak (QEC), pri čemer je vsak logični kubit kodiran v skupna kvantna stanja številnih fizičnih kubitov. Z uporabo numerične simulacije smo preučevali, kako dobro lahko najbolj obetavna koda za kvantno popravljanje napak, tako imenovana površinska koda, zaščiti kvantne informacije pred kombinacijo tako imenovanih koherentnih napak (vrsta napak pri umerjanju) in napak pri branju. Ugotovili smo, da površinska koda zagotavlja boljšo zaščito, ko se koda poveča, dokler so ravni napak pod pragom. Ta prag je blizu dobro znanega praga druge kombinacije napak: nekoherentne napake (vrsta napake, ki izhaja iz prepletenosti s kvantnim okoljem) in napake pri branju. Ugotovili smo tudi (kot je prikazano na spremljajoči sliki), da je površinska koda bolj robustna proti napakam pri branju kot koherentnim napakam. Upoštevajte, da smo uporabili tako imenovani fenomenološki model napake: kanale hrupa smo modelirali zelo natančno, nismo pa naredili modeliranja kode na ravni kvantnega vezja.

► BibTeX podatki

@article{Marton2023coherenterrors, doi = {10.22331/q-2023-09-21-1116}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-09-21-1116}, title = {Coherent errors in napake pri branju v površinski kodi}, avtor = {M{'{a}}rton, {'{A}}ron in Asb{'{o}}th, J{'{a}}nos K.}, revija = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, založnik = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, obseg = {7}, strani = {1116 }, mesec = sep, leto = {2023} }

► Reference

[1] Eric Dennis, Aleksej Kitajev, Andrew Landahl in John Preskill. "Topološki kvantni spomin". Journal of Mathematical Physics 43, 4452–4505 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1499754

[2] Austin G Fowler, Matteo Mariantoni, John M Martinis in Andrew N Cleland. "Površinske kode: Proti praktičnemu obsežnemu kvantnemu računanju". Physical Review A 86, 032324 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.032324

[3] Chenyang Wang, Jim Harrington in John Preskill. "Prehod Confinement-Higgs v neurejeni merilni teoriji in prag natančnosti za kvantni spomin". 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 in Miguel A Martin-Delgado. "Močna odpornost topoloških kod na depolarizacijo". Physical Review X 2, 021004 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.2.021004

[5] Christopher T Chubb in Steven T Flammia. “Statistični mehanski modeli za kvantne kode s koreliranim šumom”. Annales de l'Institut Henri Poincaré D 8, 269–321 (2021).
https:///doi.org/10.4171/AIHPD/105

[6] Scott Aaronson in Daniel Gottesman. "Izboljšana simulacija stabilizatorskih vezij". Physical Review A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

[7] Craig Gidney. "Stim: simulator hitrega stabilizacijskega vezja". 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 idr. "Uresničevanje ponovljene kvantne korekcije napak v površinski kodi razdalje tri". Narava 605, 669–674 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04566-8

[9] Rajeev Acharya et al. "Zatiranje kvantnih napak s skaliranjem logičnega kubita površinske kode". Narava 614, 676 – 681 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05434-1

[10] Yu Tomita in Krysta M Svore. "Površinske kode na nizke razdalje pod realističnim kvantnim šumom". Physical Review A 90, 062320 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.062320

[11] Daniel Greenbaum in Zachary Dutton. "Modeliranje koherentnih napak pri kvantnem popravljanju napak". Kvantna znanost in tehnologija 3, 015007 (2017).
https://doi.org/10.1088/2058-9565/aa9a06

[12] Andrew S Darmawan in David Poulin. "Simulacije tenzorske mreže površinske kode pod realističnim šumom". Physical Review Letters 119, 040502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.040502

[13] Shigeo Hakkaku, Kosuke Mitarai in Keisuke Fujii. "Simulacija kvaziverjetnosti na osnovi vzorčenja za kvantno popravljanje napak, odporno na napake, na površinskih kodah pod koherentnim šumom". Physical Review Research 3, 043130 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.043130

[14] Florian Venn, Jan Behrends in Benjamin Béri. "Prag koherentne napake za površinske kode iz majorane delokalizacije". 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 in Raymond Laflamme. "Kvantna korekcija napak dekoherira šum". Physical Review Letters 121, 190501 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.190501

[16] Joseph K Iverson in John Preskill. "Koherenca v logičnih kvantnih kanalih". New Journal of Physics 22, 073066 (2020).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab8e5c

[17] Mauricio Gutiérrez, Conor Smith, Livia Lulushi, Smitha Janardan in Kenneth R Brown. "Napake in psevdopragi za nekoherentni in koherentni šum". Physical Review A 94, 042338 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.042338

[18] Sergey Bravyi, Matthias Englbrecht, Robert König in Nolan Peard. "Popravljanje koherentnih napak s površinskimi kodami". npj Kvantne informacije 4 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-018-0106-y

[19] F Venn in B Béri. „Pragi za odpravo napak in dekoherenco hrupa za koherentne napake v površinskih kodah planarnega grafa“. Physical Review Research 2, 043412 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043412

[20] Héctor Bombín in Miguel A Martin-Delgado. “Optimalni viri za topološke dvodimenzionalne stabilizatorske kode: primerjalna študija”. Physical Review A 76, 012305 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.012305

[21] Nicolas Delfosse in Naomi H Nickerson. “Algoritem za skoraj linearno časovno dekodiranje za topološke kode”. Quantum 5, 595 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-12-02-595

[22] Sergey Bravyi, Martin Suchara in Alexander Vargo. "Učinkoviti algoritmi za dekodiranje največje verjetnosti v površinski kodi". Physical Review A 90, 032326 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.032326

[23] Austin G. Fowler. "Minimalna teža popolnega ujemanja topološke kvantne korekcije napak, odporne na napake, v povprečnem o(1) vzporednem času". Kvantne informacije. Računalništvo. 15, 145–158 (2015).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1307.1740

[24] Eric Huang, Andrew C. Doherty in Steven Flammia. "Izvedba kvantne korekcije napak s koherentnimi napakami". Physical Review A 99, 022313 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.022313

[25] Alexei Gilchrist, Nathan K. Langford in Michael A. Nielsen. "Merila razdalje za primerjavo realnih in idealnih kvantnih procesov". 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 in Nicolas Delfosse. "Izboljšana kvantna korekcija napak z uporabo mehkih informacij". prednatis (2021).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2107.13589

[27] Oscar Higgott. “Pymatching: paket python za dekodiranje kvantnih kod s popolnim ujemanjem minimalne teže”. Transakcije ACM o kvantnem računalništvu 3, 1–16 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3505637

[28] Aleksej Kitajev. “Anyons v natančno rešenem modelu in naprej”. Annals of Physics 321, 2–111 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2005.10.005

[29] “FLO simulacija površinske kode – python skript”. https:///github.com/martonaron88/Surface_code_FLO.git.
https:///github.com/martonaron88/Surface_code_FLO.git

[30] Yuanchen Zhao in Dong E Liu. “Teorija merilne mreže in topološka kvantna korekcija napak s kvantnimi odstopanji v pripravi stanja in odkrivanju napak”. prednatis (2023).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2301.12859

[31] Jingzhen Hu, Qingzhong Liang, Narayanan Rengaswamy in Robert Calderbank. "Blažitev koherentnega šuma z uravnoteženjem z-stabilizatorjev teže 2". IEEE Transactions on Information Theory 68, 1795–1808 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2021.3130155

[32] Yingkai Ouyang. "Izogibanje koherentnim napakam z zasukanimi združenimi stabilizatorskimi kodami". npj Kvantne informacije 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 in Kenneth R Brown. »Optimiziranje paritete stabilizatorja za izboljšane logične pomnilnike kubitov«. Physical Review Letters 127, 240501 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.240501

[34] S Bravyi in R König. “Klasična simulacija disipativne fermionske linearne optike”. Kvantne informacije in računanje 12, 1–19 (2012).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1112.2184

[35] Barbara M Terhal in David P DiVincenzo. “Klasična simulacija kvantnih vezij fermionov brez interakcije”. Physical Review A 65, 032325 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.032325

[36] Sergej Bravi. “Lagrangeva predstavitev za fermionsko linearno optiko”. Kvantne informacije in računanje 5, 216–238 (2005).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0404180
arXiv: kvant-ph / 0404180

Navedel

Ta dokument je objavljen v Quantumu pod Priznanje avtorstva Creative Commons 4.0 International (CC BY 4.0) licenca. Avtorske pravice ostajajo pri izvirnih imetnikih avtorskih pravic, kot so avtorji ali njihove ustanove.