ข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกันและข้อผิดพลาดในการอ่านค่าในโค้ดพื้นผิว

ข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกันและข้อผิดพลาดในการอ่านค่าในโค้ดพื้นผิว

อารอน มาร์ตัน1 และJános K. Asbóth1,2

1ภาควิชาฟิสิกส์เชิงทฤษฎี สถาบันฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีและเศรษฐศาสตร์บูดาเปสต์ Műegyetem rkp 3., H-1111 บูดาเปสต์, ฮังการี
2ศูนย์วิจัยฟิสิกส์ Wigner, H-1525 บูดาเปสต์, ตู้ปณ. 49., ฮังการี

พบบทความนี้ที่น่าสนใจหรือต้องการหารือ? Scite หรือแสดงความคิดเห็นใน SciRate.

นามธรรม

เราพิจารณาผลรวมของข้อผิดพลาดในการอ่านข้อมูลและข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกัน เช่น การหมุนเฟสตามที่กำหนด บนโค้ดพื้นผิว เราใช้วิธีการเชิงตัวเลขที่พัฒนาขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้ ผ่านการแมปคิวบิตทางกายภาพกับเฟอร์มิออนของ Majorana เราแสดงวิธีการใช้วิธีการนี้เมื่อมีข้อผิดพลาดในการอ่านข้อมูล ซึ่งได้รับการปฏิบัติในระดับปรากฏการณ์วิทยา: การวัดเชิงคาดการณ์ที่สมบูรณ์แบบโดยอาจบันทึกผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้อง และการวัดซ้ำหลายรอบ เราพบเกณฑ์สำหรับการรวมข้อผิดพลาดนี้ โดยมีอัตราข้อผิดพลาดใกล้เคียงกับเกณฑ์ของช่องทางข้อผิดพลาดที่ไม่ต่อเนื่องกัน (ข้อผิดพลาด Pauli-Z แบบสุ่มและข้อผิดพลาดในการอ่านข้อมูล) ค่าของอัตราข้อผิดพลาดเกณฑ์ โดยใช้ความเที่ยงตรงของกรณีที่แย่ที่สุดเป็นการวัดข้อผิดพลาดเชิงตรรกะ คือ 2.6% การขยายขนาดโค้ดที่ต่ำกว่าเกณฑ์จะทำให้สูญเสียการเชื่อมโยงกันอย่างรวดเร็วในข้อผิดพลาดระดับลอจิคัล แต่มีอัตราข้อผิดพลาดที่มากกว่าอัตราข้อผิดพลาดที่ไม่ต่อเนื่องกันที่สอดคล้องกัน นอกจากนี้เรายังเปลี่ยนแปลงอัตราข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกันและการอ่านข้อมูลอย่างเป็นอิสระ และพบว่าโค้ดพื้นผิวไวต่อข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกันมากกว่าข้อผิดพลาดในการอ่านข้อมูล งานของเราขยายผลล่าสุดเกี่ยวกับข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกันด้วยการอ่านข้อมูลที่สมบูรณ์แบบ ไปสู่สถานการณ์ที่สมจริงยิ่งขึ้นในเชิงทดลอง ซึ่งข้อผิดพลาดในการอ่านข้อมูลก็เกิดขึ้นเช่นกัน

เพื่อทำการคำนวณระยะยาว ข้อมูลควอนตัมที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานจะต้องได้รับการปกป้องจากเสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อม สิ่งนี้จำเป็นต้องมีการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม (QEC) โดยแต่ละคิวบิตเชิงตรรกะจะถูกเข้ารหัสเป็นสถานะควอนตัมรวมของคิวบิตทางกายภาพจำนวนมาก เราศึกษาโดยใช้การจำลองเชิงตัวเลขว่าโค้ดแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมที่มีแนวโน้มดีที่สุดที่เรียกว่า Surface Code สามารถปกป้องข้อมูลควอนตัมจากการรวมกันของสิ่งที่เรียกว่าข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกัน (ประเภทของข้อผิดพลาดในการสอบเทียบ) และข้อผิดพลาดในการอ่านข้อมูลได้ดีเพียงใด เราพบว่า Surface Code ให้การป้องกันที่ดีกว่าเมื่อมีการขยายขนาดโค้ด ตราบใดที่ระดับข้อผิดพลาดยังต่ำกว่าเกณฑ์ เกณฑ์นี้ใกล้เคียงกับเกณฑ์ที่รู้จักกันดีของข้อผิดพลาดอื่นๆ รวมกัน: ข้อผิดพลาดที่ไม่ต่อเนื่องกัน (ประเภทของข้อผิดพลาดที่เกิดจากการพัวพันกับสภาพแวดล้อมควอนตัม) และข้อผิดพลาดในการอ่านข้อมูล นอกจากนี้เรายังพบ (ดังที่แสดงในรูปภาพประกอบ) ว่าโค้ด Surface มีความทนทานต่อข้อผิดพลาดในการอ่านมากกว่าข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกัน โปรดทราบว่าเราใช้สิ่งที่เรียกว่าแบบจำลองข้อผิดพลาดทางปรากฏการณ์วิทยา: เราสร้างแบบจำลองช่องสัญญาณรบกวนอย่างแม่นยำมาก แต่ไม่ได้ทำการสร้างแบบจำลองโค้ดในระดับวงจรควอนตัม

► ข้อมูล BibTeX

► ข้อมูลอ้างอิง

[1] เอริก เดนนิส, อเล็กเซ คิตาเยฟ, แอนดรูว์ แลนดาห์ล และจอห์น เพรสสกิล “หน่วยความจำควอนตัมทอพอโลยี”. วารสารคณิตศาสตร์ฟิสิกส์ 43, 4452–4505 (2002).
https://doi.org/10.1063/​1.1499754

[2] ออสติน จี ฟาวเลอร์, มัตเตโอ มาเรียนโทนี, จอห์น เอ็ม มาร์ตินิส และแอนดรูว์ เอ็น เคลแลนด์ “โค้ดพื้นผิว: สู่การคำนวณควอนตัมขนาดใหญ่ในทางปฏิบัติ” การทบทวนทางกายภาพ A 86, 032324 (2012)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.86.032324

[3] เฉินหยาง หวาง, จิม แฮร์ริงตัน และจอห์น เพรสสกิล “การเปลี่ยนแปลงการคุมขัง-ฮิกส์ในทฤษฎีเกจที่ไม่เป็นระเบียบและเกณฑ์ความแม่นยำสำหรับหน่วยความจำควอนตัม” พงศาวดารฟิสิกส์ 303, 31–58 (2003)
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0003-4916(02)00019-2

[4] เฮคเตอร์ บอมบิน, รูเบน เอส แอนดริสต์, มาซายูกิ โอเซกิ, เฮลมุต จี คัทซ์กราเบอร์ และ มิเกล เอ มาร์ติน-เดลกาโด “ความยืดหยุ่นที่แข็งแกร่งของรหัสทอพอโลยีต่อการดีโพลาไรซ์” การตรวจร่างกาย X 2, 021004 (2012)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevX.2.021004

[5] คริสโตเฟอร์ ที ชับบ์ และ สตีเว่น ที ฟลัมเมีย “แบบจำลองทางกลทางสถิติสำหรับรหัสควอนตัมที่มีสัญญาณรบกวนที่สัมพันธ์กัน” Annales de l'Institut อองรี ปัวน์กาเร D 8, 269–321 (2021)
https://doi.org/10.4171/​AIHPD/​105

[6] สก็อตต์ อารอนสันและแดเนียล เก็ทส์มัน “การปรับปรุงการจำลองวงจรกันโคลง”. การทบทวนทางกายภาพ A 70, 052328 (2004)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.70.052328

[7] เครก กิดนีย์. “Stim: โปรแกรมจำลองวงจรโคลงเร็ว” ควอนตัม 5, 497 (2021)
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

[8] เซบาสเตียน ครินเนอร์, นาธาน ลาครัวซ์, Ants Remm, อากุสติน ดิ เปาโล, เอลี เจนัวส์, แคทเธอรีน เลอรูซ์, คริสตอฟ เฮลลิงส์, สเตฟาเนีย ลาซาร์, ฟรองซัวส์ สไวเดค, โยฮันเนส แฮร์มันน์ และคณะ “ตระหนักถึงการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมซ้ำๆ ในโค้ดพื้นผิวระยะทางสาม” ธรรมชาติ 605, 669–674 (2022)
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04566-8

[9] ราจีฟ อาจารยา และคณะ “ระงับข้อผิดพลาดควอนตัมโดยปรับขนาดคิวบิตลอจิคัลโค้ดพื้นผิว” ธรรมชาติ 614, 676 – 681 (2022)
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1

[10] ยู โทมิตะ และคริสต้า เอ็ม สวอร์ “รหัสพื้นผิวระยะไกลภายใต้สัญญาณรบกวนควอนตัมที่สมจริง” การตรวจร่างกาย A 90, 062320 (2014)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.90.062320

[11] แดเนียล กรีนบัม และแซคารี ดัตตัน “การสร้างแบบจำลองข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกันในการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม” วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีควอนตัม 3, 015007 (2017)
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aa9a06

[12] แอนดรูว์ เอส ดาร์มาวัน และเดวิด ปูลิน “การจำลองเครือข่ายเทนเซอร์ของโค้ดพื้นผิวภายใต้สัญญาณรบกวนที่สมจริง” จดหมายทบทวนทางกายภาพ 119, 040502 (2017)
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.119.040502

[13] ชิเกโอะ ฮัคคาคุ, โคสุเกะ มิทาไร และเคสุเกะ ฟูจิอิ “การจำลองความน่าจะเป็นโดยอาศัยการสุ่มตัวอย่างสำหรับการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมที่ทนต่อข้อผิดพลาดบนโค้ดพื้นผิวภายใต้สัญญาณรบกวนที่สอดคล้องกัน” การวิจัยทบทวนทางกายภาพ 3, 043130 (2021)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevResearch.3.043130

[14] ฟลอเรียน เวนน์, แจน เบห์เรนด์ส และเบนจามิน เบรี “เกณฑ์ข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกันสำหรับโค้ดพื้นผิวจากการแยกส่วน Majorana” จดหมายทบทวนทางกายภาพ 131, 060603 (2023)
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.131.060603

[15] สเตฟานี เจ บีล, โจเอล เจ วอลล์แมน, เมาริซิโอ กูเทียเรซ, เคนเนธ อาร์ บราวน์ และเรย์มอนด์ ลาฟลามม์ “การแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมช่วยลดสัญญาณรบกวน” จดหมายทบทวนทางกายภาพ 121, 190501 (2018)
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.121.190501

[16] โจเซฟ เค. ไอเวอร์สัน และ จอห์น เพรสคิล “การเชื่อมโยงกันในช่องควอนตัมเชิงตรรกะ” วารสารฟิสิกส์ใหม่ 22, 073066 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab8e5c

[17] เมาริซิโอ กูเทียเรซ, คอเนอร์ สมิธ, ลิเวีย ลูลูชิ, สมิธา จานาร์ดาน และเคนเนธ อาร์ บราวน์ “ข้อผิดพลาดและเกณฑ์หลอกสำหรับสัญญาณรบกวนที่ไม่สอดคล้องกันและสอดคล้องกัน” การตรวจร่างกาย A 94, 042338 (2016)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.94.042338

[18] เซอร์เกย์ บราวี, แมทเธียส เองล์เบรชท์, โรเบิร์ต เคอนิก และโนแลน เพียร์ด “การแก้ไขข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกันด้วยรหัสพื้นผิว” ข้อมูลควอนตัม npj 4 (2018)
https://doi.org/10.1038/​s41534-018-0106-y

[19] เอฟ เวนน์ และบี เบรี “เกณฑ์การแก้ไขข้อผิดพลาดและการลดความเชื่อมโยงของสัญญาณรบกวนสำหรับข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกันในโค้ดพื้นผิวกราฟระนาบ” การวิจัยทบทวนทางกายภาพ 2, 043412 (2020)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevResearch.2.043412

[20] เฮคเตอร์ บอมบิน และ มิเกล เอ มาร์ติน-เดลกาโด “ทรัพยากรที่เหมาะสมที่สุดสำหรับรหัสโคลงสองมิติเชิงทอพอโลยี: การศึกษาเปรียบเทียบ” การทบทวนทางกายภาพ A 76, 012305 (2007)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.76.012305

[21] Nicolas Delfosse และ Naomi H Nickerson “อัลกอริธึมการถอดรหัสเวลาแบบเกือบเชิงเส้นสำหรับรหัสโทโพโลยี” ควอนตัม 5, 595 (2021)
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-12-02-595

[22] เซอร์เกย์ บราวี, มาร์ติน ซูชารา และอเล็กซานเดอร์ วาร์โก “อัลกอริธึมที่มีประสิทธิภาพสำหรับการถอดรหัสความเป็นไปได้สูงสุดในโค้ดพื้นผิว” การตรวจร่างกาย A 90, 032326 (2014)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.90.032326

[23] ออสติน จี. ฟาวเลอร์ “การจับคู่ที่สมบูรณ์แบบที่สุดของน้ำหนักขั้นต่ำของการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมทอพอโลยีที่ทนต่อข้อผิดพลาดในเวลาคู่ขนาน o (1) โดยเฉลี่ย” ข้อมูลควอนตัม คอมพิวเตอร์. 15, 145–158 (2015).
https://doi.org/​10.48550/​arXiv.1307.1740

[24] เอริก ฮวง, แอนดรูว์ ซี. โดเฮอร์ตี้ และสตีเวน ฟลามีอา “ประสิทธิภาพของการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมพร้อมข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกัน” การตรวจร่างกาย A 99, 022313 (2019)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.99.022313

[25] อเล็กซี่ กิลคริสต์, นาธาน เค. แลงฟอร์ด และไมเคิล เอ. นีลเซ่น “การวัดระยะทางเพื่อเปรียบเทียบกระบวนการควอนตัมจริงและในอุดมคติ” การทบทวนทางกายภาพ A 71, 062310 (2005)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.71.062310

[26] คริสโตเฟอร์ เอ แพตติสัน, ไมเคิล อี เบเวอร์แลนด์, มาร์คัส พี ดา ซิลวา และนิโคลัส เดลฟอสส์ “ปรับปรุงการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมโดยใช้ข้อมูลอ่อน” ก่อนพิมพ์ (2021)
https://doi.org/​10.48550/​arXiv.2107.13589

[27] ออสการ์ ฮิกกอตต์. “Pymatching: แพ็คเกจ Python สำหรับการถอดรหัสรหัสควอนตัมด้วยการจับคู่ที่สมบูรณ์แบบน้ำหนักขั้นต่ำ” ธุรกรรม ACM ในคอมพิวเตอร์ควอนตัม 3, 1–16 (2022)
https://doi.org/10.1145/​3505637

[28] อเล็กซี่ คิตาเยฟ. “ใครก็ตามที่อยู่ในรูปแบบที่แก้ไขได้อย่างแม่นยำและเหนือกว่า” พงศาวดารของฟิสิกส์ 321, 2–111 (2006)
https://doi.org/10.1016/​j.aop.2005.10.005

[29] “การจำลอง FLO ของโค้ดพื้นผิว – สคริปต์หลาม” https://​/​github.com/​martonaron88/​Surface_code_FLO.git.
https://​/​github.com/​martonaron88/​Surface_code_FLO.git

[30] หยวนเฉิน จ้าว และ ตง เอ๋ หลิว “ทฤษฎีแลตติซเกจและการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมทอพอโลยีด้วยการเบี่ยงเบนควอนตัมในการเตรียมสถานะและการตรวจจับข้อผิดพลาด” ก่อนพิมพ์ (2023)
https://doi.org/​10.48550/​arXiv.2301.12859

[31] หูจิงเจิ้น, ชิงจง เหลียง, นารายณ์นัน เร็งกัสวามี และโรเบิร์ต คาลเดอร์แบงก์ “การลดสัญญาณรบกวนที่สอดคล้องกันโดยการปรับสมดุลของตัวทำให้เสถียรของน้ำหนัก 2 z” ธุรกรรม IEEE เกี่ยวกับทฤษฎีสารสนเทศ 68, 1795–1808 (2021)
https://doi.org/​10.1109/​TIT.2021.3130155

[32] หยิงไค โอวหยาง. “การหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกันด้วยรหัสโคลงที่ต่อกันแบบหมุน” ข้อมูลควอนตัม npj 7, 87 (2021)
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-021-00429-8

[33] ดริปโต เอ็ม เดบรอย, แลร์ด อีแกน, คริสตัล โนเอล, แอนดรูว์ ไรซิงเกอร์, ไตเว่ย จู, เดโบปรีโย บิสวาส, มาร์โก เซตินา, คริส มอนโร และเคนเนธ อาร์ บราวน์ “การเพิ่มประสิทธิภาพความเท่าเทียมกันของโคลงเพื่อปรับปรุงหน่วยความจำคิวบิตเชิงตรรกะที่ดีขึ้น” จดหมายทบทวนทางกายภาพ 127, 240501 (2021)
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.127.240501

[34] เอส บราวี่ และ อาร์ โคนิก “การจำลองแบบคลาสสิกของเลนส์เชิงเส้นเฟอร์มิโอนิกแบบกระจาย” ข้อมูลควอนตัมและการคำนวณ 12, 1–19 (2012)
https://doi.org/​10.48550/​arXiv.1112.2184

[35] บาร์บารา เอ็ม เทอร์ฮาล และเดวิด พี ดิวินเชนโซ “การจำลองแบบคลาสสิกของวงจรควอนตัมเฟอร์มิออนแบบไม่โต้ตอบ” การทบทวนทางกายภาพ A 65, 032325 (2002)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.65.032325

[36] เซอร์เกย์ บราวีย์. “การแทนลากรองจ์สำหรับทัศนศาสตร์เชิงเส้นเฟอร์ไมโอนิก” ข้อมูลควอนตัมและการคำนวณ 5, 216–238 (2005)
https://doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​0404180
arXiv:ปริมาณ-ph/0404180

อ้างโดย

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก วารสารควอนตัม

แนวทางควอนตัมที่รวดเร็วสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพเชิงผสมผสานโดยได้รับแรงบันดาลใจจากการถ่ายโอนสถานะที่เหมาะสมที่สุด

โหนดต้นทาง: 1947444
ประทับเวลา: กุมภาพันธ์ 13, 2024