سطحی کوڈ میں مربوط غلطیاں اور ریڈ آؤٹ کی غلطیاں

سطحی کوڈ میں مربوط غلطیاں اور ریڈ آؤٹ کی غلطیاں

آرون مارٹن1 اور János K. Asbóth1,2

1نظریاتی طبیعیات کا شعبہ، انسٹی ٹیوٹ آف فزکس، بوڈاپیسٹ یونیورسٹی آف ٹیکنالوجی اینڈ اکنامکس، Műegyetem rkp. 3.، H-1111 بوڈاپیسٹ، ہنگری
2وگنر ریسرچ سینٹر فار فزکس، H-1525 Budapest, PO Box 49., Hungary

اس کاغذ کو دلچسپ لگتا ہے یا اس پر بات کرنا چاہتے ہیں؟ SciRate پر تبصرہ کریں یا چھوڑیں۔.

خلاصہ

ہم سطحی کوڈ پر ریڈ آؤٹ کی غلطیوں اور مربوط غلطیوں کے مشترکہ اثر پر غور کرتے ہیں۔ ہم حال ہی میں تیار کردہ عددی نقطہ نظر کا استعمال کرتے ہیں، فزیکل کیوبٹس کی میجورانہ فرمیونس کی نقشہ سازی کے ذریعے۔ ہم یہ ظاہر کرتے ہیں کہ پڑھنے کی غلطیوں کی موجودگی میں اس نقطہ نظر کو کس طرح استعمال کیا جائے، جس کا علاج فینومینولوجیکل سطح پر کیا جاتا ہے: ممکنہ طور پر غلط ریکارڈ شدہ نتائج کے ساتھ کامل پروجیکٹیو پیمائش، اور متعدد بار بار پیمائش کے چکر۔ ہم غلطیوں کے اس امتزاج کے لیے ایک حد تلاش کرتے ہیں، جس میں خرابی کی شرح متعلقہ متضاد ایرر چینل کی دہلیز کے قریب ہوتی ہے (بے ترتیب Pauli-Z اور ریڈ آؤٹ کی غلطیاں)۔ منطقی غلطیوں کی پیمائش کے طور پر بدترین کیس فیڈیلیٹی کا استعمال کرتے ہوئے تھریشولڈ ایرر ریٹ کی قدر 2.6% ہے۔ حد کے نیچے، کوڈ کو بڑھانا منطقی سطح کی غلطیوں میں ہم آہنگی کے تیزی سے نقصان کا باعث بنتا ہے، لیکن خرابی کی شرحیں جو متعلقہ غیر مربوط ایرر چینل کی نسبت زیادہ ہیں۔ ہم آزادانہ طور پر مربوط اور پڑھنے کی غلطی کی شرحوں میں بھی فرق کرتے ہیں، اور یہ پتہ چلتا ہے کہ سطحی کوڈ ہم آہنگ غلطیوں کے لیے زیادہ حساس ہے پڑھنے کی غلطیوں کے مقابلے میں۔ ہمارا کام ہم آہنگ غلطیوں کے حالیہ نتائج کو کامل ریڈ آؤٹ کے ساتھ تجرباتی طور پر زیادہ حقیقت پسندانہ صورتحال تک بڑھاتا ہے جہاں ریڈ آؤٹ کی غلطیاں بھی ہوتی ہیں۔

طویل کمپیوٹنگ انجام دینے کے لیے، کوانٹم معلومات جس پر کوانٹم کمپیوٹر کام کرتے ہیں اسے ماحولیاتی شور سے محفوظ رکھنا ہوتا ہے۔ اس کے لیے کوانٹم ایرر کریکشن (QEC) کی ضرورت ہوتی ہے، جس کے تحت ہر منطقی کوئبٹ کو کئی فزیکل کیوبٹس کی اجتماعی کوانٹم حالتوں میں انکوڈ کیا جاتا ہے۔ ہم نے عددی تخروپن کا استعمال کرتے ہوئے مطالعہ کیا کہ کوانٹم کی خرابی کو درست کرنے کا سب سے زیادہ امید افزا کوڈ، نام نہاد سرفیس کوڈ کوانٹم کی معلومات کو نام نہاد مربوط غلطیوں (ایک قسم کی انشانکن غلطیوں) اور ریڈ آؤٹ کی غلطیوں کے امتزاج سے محفوظ رکھ سکتا ہے۔ ہم نے پایا کہ سرفیس کوڈ بہتر تحفظ فراہم کرتا ہے کیونکہ کوڈ کو چھوٹا کیا جاتا ہے، جب تک کہ غلطی کی سطح ایک حد سے نیچے ہو۔ یہ حد غلطیوں کے ایک اور مجموعے کی معروف حد کے قریب ہے: غیر مربوط غلطیاں (ایک قسم کی خرابی جو کوانٹم ماحول کے ساتھ الجھنے سے پیدا ہوتی ہے) اور پڑھنے کی غلطیاں۔ ہم نے یہ بھی پایا (جیسا کہ ساتھ والی تصویر میں دکھایا گیا ہے) کہ سرفیس کوڈ مربوط غلطیوں کے مقابلے پڑھنے کی غلطیوں کے خلاف زیادہ مضبوط ہے۔ نوٹ کریں کہ ہم نے نام نہاد فینومینولوجیکل ایرر ماڈل استعمال کیا: ہم نے شور کے چینلز کو بہت درست طریقے سے ماڈل بنایا، لیکن کوانٹم سرکٹ کی سطح پر کوڈ کی ماڈلنگ نہیں کی۔

► BibTeX ڈیٹا

► حوالہ جات

ہے [1] ایرک ڈینس، الیکسی کٹائیف، اینڈریو لینڈہل، اور جان پریسکل۔ "ٹوپیولوجیکل کوانٹم میموری"۔ جرنل آف میتھمیٹیکل فزکس 43، 4452–4505 (2002)۔
https://​doi.org/​10.1063/​1.1499754

ہے [2] آسٹن جی فولر، میٹیو مارینٹونی، جان ایم مارٹنیس، اور اینڈریو این کلیلینڈ۔ "سطحی کوڈز: عملی بڑے پیمانے پر کوانٹم کمپیوٹیشن کی طرف"۔ جسمانی جائزہ A 86، 032324 (2012)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.86.032324

ہے [3] چنیانگ وانگ، جم ہیرنگٹن، اور جان پریسکل۔ "ایک بے ترتیب گیج تھیوری میں قید-ہگز کی منتقلی اور کوانٹم میموری کے لیے درستگی کی حد"۔ طبیعیات کی تاریخ 303، 31–58 (2003)۔
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0003-4916(02)00019-2

ہے [4] Héctor Bombin، Ruben S Andrist، Masayuki Ohzeki، Helmut G Katzgraber، اور Miguel A Martin-Delgado۔ "ڈپولرائزیشن کے لیے ٹاپولوجیکل کوڈز کی مضبوط لچک"۔ جسمانی جائزہ X 2، 021004 (2012)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.2.021004

ہے [5] کرسٹوفر ٹی چب اور اسٹیون ٹی فلیمیا۔ "متعلقہ شور کے ساتھ کوانٹم کوڈز کے لیے شماریاتی مکینیکل ماڈلز"۔ Annales de l'Institut Henri Poincaré D 8, 269–321 (2021)۔
https://​doi.org/​10.4171/AIHPD/​105

ہے [6] سکاٹ ایرونسن اور ڈینیئل گوٹسمین۔ "سٹیبلائزر سرکٹس کا بہتر تخروپن"۔ جسمانی جائزہ A 70، 052328 (2004)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.70.052328

ہے [7] کریگ گڈنی۔ "Stim: ایک تیز اسٹیبلائزر سرکٹ سمیلیٹر"۔ کوانٹم 5، 497 (2021)۔
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

ہے [8] Sebastian Krinner، Nathan Lacroix، Ants Remm، Agustin Di Paolo، Elie Genois، Catherine Leroux، Christoph Hellings، Stefania Lazar، Francois Swiadek، Johannes Herrmann، et al. "فاصلہ تین سطحی کوڈ میں بار بار کوانٹم غلطی کی اصلاح کا احساس"۔ فطرت 605، 669–674 (2022)۔
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04566-8

ہے [9] راجیو آچاریہ وغیرہ۔ "سطح کوڈ منطقی کوئبٹ کو اسکیل کرکے کوانٹم کی غلطیوں کو دبانا"۔ فطرت 614، 676 - 681 (2022)۔
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1

ہے [10] یو ٹومیٹا اور کرسٹا ایم سوور۔ "حقیقت پسند کوانٹم شور کے تحت کم فاصلے والے سطح کے کوڈز"۔ جسمانی جائزہ A 90، 062320 (2014)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.90.062320

ہے [11] ڈینیل گرینبام اور زچری ڈٹن۔ "کوانٹم غلطی کی اصلاح میں ہم آہنگ غلطیوں کا ماڈلنگ"۔ کوانٹم سائنس اینڈ ٹیکنالوجی 3، 015007 (2017)۔
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aa9a06

ہے [12] اینڈریو ایس درماوان اور ڈیوڈ پولن۔ "حقیقت پسند شور کے تحت سطحی کوڈ کے ٹینسر نیٹ ورک کی نقلیں"۔ جسمانی جائزہ کے خطوط 119, 040502 (2017)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.119.040502

ہے [13] شیگیو ہاکاکو، کوسوکے مِترائی، اور کیسوکے فوجی۔ "مربوط شور کے تحت سطحی کوڈز پر غلطی برداشت کرنے والے کوانٹم غلطی کی اصلاح کے لیے نمونے لینے پر مبنی quasiprobability simulation"۔ فزیکل ریویو ریسرچ 3، 043130 (2021)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.3.043130

ہے [14] فلورین وین، جان بہرینڈز، اور بینجمن بیری۔ "میجرانا ڈی لوکلائزیشن سے سطحی کوڈز کے لیے مربوط غلطی کی حد"۔ جسمانی جائزہ کے خطوط 131، 060603 (2023)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.131.060603

ہے [15] Stefanie J Beale، Joel J Wallman، Mauricio Gutiérrez، Kenneth R Brown، اور Raymond Laflamme۔ "کوانٹم غلطی کی اصلاح شور کو ختم کرتی ہے"۔ جسمانی جائزہ کے خطوط 121، 190501 (2018)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.121.190501

ہے [16] جوزف کے ایورسن اور جان پریسکل۔ "منطقی کوانٹم چینلز میں ہم آہنگی"۔ طبیعیات کا نیا جریدہ 22، 073066 (2020)۔
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab8e5c

ہے [17] موریسیو گوٹیریز، کونور اسمتھ، لیویا لولوشی، سمتھا جناردن، اور کینتھ آر براؤن۔ "متضاد اور مربوط شور کے لیے غلطیاں اور سیڈوتھریشولڈز"۔ جسمانی جائزہ A 94، 042338 (2016)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.94.042338

ہے [18] سرگئی براوی، میتھیاس انگلبریچ، رابرٹ کونگ، اور نولان پرڈ۔ "سطحی کوڈ کے ساتھ مربوط غلطیوں کو درست کرنا"۔ npj کوانٹم انفارمیشن 4 (2018)۔
https://​doi.org/​10.1038/​s41534-018-0106-y

ہے [19] ایف وین اور بی بیری۔ "پلانر گراف سطحی کوڈز میں ہم آہنگ غلطیوں کے لیے ایرر تصحیح اور شور سے تعطل کی حد"۔ فزیکل ریویو ریسرچ 2، 043412 (2020)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.2.043412

ہے [20] Héctor Bombín اور Miguel A Martin-Delgado۔ ٹاپولوجیکل دو جہتی سٹیبلائزر کوڈز کے لیے بہترین وسائل: تقابلی مطالعہ۔ جسمانی جائزہ A 76، 012305 (2007)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.76.012305

ہے [21] نکولس ڈیلفوس اور نومی ایچ نیکرسن۔ ٹاپولوجیکل کوڈز کے لیے تقریباً لکیری ٹائم ڈیکوڈنگ الگورتھم۔ کوانٹم 5، 595 (2021)۔
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-12-02-595

ہے [22] سرگئی براوی، مارٹن سچارا، اور الیگزینڈر ورگو۔ "سطح کوڈ میں زیادہ سے زیادہ امکان کو ڈی کوڈنگ کے لیے موثر الگورتھم"۔ جسمانی جائزہ A 90، 032326 (2014)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.90.032326

ہے [23] آسٹن جی فاؤلر۔ "اوسط o(1) متوازی وقت میں غلطی کو برداشت کرنے والے ٹاپولوجیکل کوانٹم غلطی کی اصلاح کا کم از کم وزن کامل مماثلت"۔ کوانٹم معلومات۔ کمپیوٹنگ 15، 145–158 (2015)۔
https://​doi.org/​10.48550/​arXiv.1307.1740

ہے [24] ایرک ہوانگ، اینڈریو سی ڈوہرٹی، اور سٹیون فلیمیا۔ "مربوط غلطیوں کے ساتھ کوانٹم غلطی کی اصلاح کی کارکردگی"۔ جسمانی جائزہ A 99, 022313 (2019)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.99.022313

ہے [25] الیکسی گلکرسٹ، ناتھن کے لینگفورڈ، اور مائیکل اے نیلسن۔ "حقیقی اور مثالی کوانٹم عمل کا موازنہ کرنے کے لیے فاصلے کے اقدامات"۔ جسمانی جائزہ A 71، 062310 (2005)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.71.062310

ہے [26] کرسٹوفر اے پیٹیسن، مائیکل ای بیورلینڈ، مارکس پی دا سلوا، اور نکولس ڈیلفوس۔ "نرم معلومات کا استعمال کرتے ہوئے بہتر کوانٹم غلطی کی اصلاح"۔ پری پرنٹ (2021)۔
https://​doi.org/​10.48550/​arXiv.2107.13589

ہے [27] آسکر ہیگٹ۔ "Pymatching: کم از کم وزن پرفیکٹ میچنگ کے ساتھ کوانٹم کوڈز کو ڈی کوڈ کرنے کے لیے ایک ازگر کا پیکیج"۔ کوانٹم کمپیوٹنگ 3، 1-16 (2022) پر ACM لین دین۔
https://​doi.org/​10.1145/​3505637

ہے [28] الیکسی کیتائیف۔ "کوئی بھی بالکل حل شدہ ماڈل میں اور اس سے آگے"۔ طبیعیات کی تاریخ 321، 2–111 (2006)۔
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.aop.2005.10.005

ہے [29] "سطح کے کوڈ کا FLO تخروپن - ازگر اسکرپٹ"۔ https://​/​github.com/​martonaron88/​Surface_code_FLO.git۔
https://​/​github.com/​martonaron88/​Surface_code_FLO.git

ہے [30] یوانچین ژاؤ اور ڈونگ ای لیو۔ "ریاست کی تیاری اور غلطی کا پتہ لگانے میں کوانٹم انحراف کے ساتھ لیٹیس گیج تھیوری اور ٹاپولوجیکل کوانٹم غلطی کی اصلاح"۔ پری پرنٹ (2023)۔
https://​doi.org/​10.48550/​arXiv.2301.12859

ہے [31] جِنگزن ہو، چنگ زونگ لیانگ، نارائنن رینگاسوامی، اور رابرٹ کالڈربینک۔ "وزن -2 زیڈ اسٹیبلائزرز کو متوازن کرکے ہم آہنگ شور کو کم کرنا"۔ آئی ای ای ای ٹرانزیکشنز آن انفارمیشن تھیوری 68، 1795–1808 (2021)۔
https://​/​doi.org/​10.1109/​TIT.2021.3130155

ہے [32] ینگکائی اویانگ۔ "گھومے ہوئے کنکینٹیٹڈ سٹیبلائزر کوڈز کے ساتھ مربوط غلطیوں سے بچنا"۔ npj کوانٹم معلومات 7, 87 (2021)۔
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-021-00429-8

ہے [33] ڈرپٹو ایم ڈیبرائے، لیئرڈ ایگن، کرسٹل نول، اینڈریو رائزنگر، ڈائیوی ژو، ڈیبوپریو بسواس، مارکو سیٹینا، کرس منرو، اور کینتھ آر براؤن۔ "بہتر منطقی کوبٹ یادوں کے لیے اسٹیبلائزر برابری کو بہتر بنانا"۔ جسمانی جائزہ کے خطوط 127، 240501 (2021)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.127.240501

ہے [34] S Bravyi اور R König۔ "خراب فرمیونک لکیری آپٹکس کا کلاسیکی تخروپن"۔ کوانٹم انفارمیشن اینڈ کمپیوٹیشن 12، 1–19 (2012)۔
https://​doi.org/​10.48550/​arXiv.1112.2184

ہے [35] باربرا ایم ترہال اور ڈیوڈ پی ڈی ونسنزو۔ "نان انٹرایکٹنگ-فرمیون کوانٹم سرکٹس کا کلاسیکی تخروپن"۔ جسمانی جائزہ A 65، 032325 (2002)۔
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.65.032325

ہے [36] سرگئی براوی۔ "فرمیونک لکیری آپٹکس کے لئے Lagrangian نمائندگی"۔ کوانٹم انفارمیشن اینڈ کمپیوٹیشن 5، 216–238 (2005)۔
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​0404180
arXiv:quant-ph/0404180

کی طرف سے حوالہ دیا گیا

ٹائم اسٹیمپ:

سے زیادہ کوانٹم جرنل