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玻色子损耗相移通道的量子容量和编码

彼得莱维特1, 钱旭2, 梁江2, 和塞尔日·罗森布鲁姆1

1魏茨曼科学研究所凝聚态物理系,Rehovot 76100,以色列
2芝加哥大学普利兹克分子工程学院,美国伊利诺斯州芝加哥60637

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抽象

在连续变量系统中编码的 Bosonic 量子位为量子计算和通信提供了一种有前途的替代两级量子位的方法。 到目前为止,光子损失一直是玻色子量子比特误差的主要来源,但最近玻色子量子比特实验中光子损失的显着减少表明还应考虑相移误差。 然而,缺乏对组合光子损失和相移通道的详细了解。 在这里,我们表明,与其组成部分不同,组合的损失-去相位通道是不可降解的,指向该通道更丰富的结构。 我们为损失去相位通道的容量提供了界限,并使用数值优化来找到适用于各种错误率的最佳单模代码。

在本文中,我们阐明了经历光子损失错误和相移错误的玻色子(光子)量子位的特性。 这种情况在当前的量子系统中尤其重要,其中丢失和相位差经常同时发生并且需要主动纠错。 我们表明,组合误差通道的结构比其组成部分复杂得多。 尽管如此,我们可以提供在存在丢失和相移错误的情况下信息的存储程度的界限。 然后我们使用数值优化方法来找到最佳纠错码。 一个关键发现是,编码的玻色子量子位具有最佳平均光子数,适用于大范围的损失和相移错误率。 这与纯损失或纯相移错误形成鲜明对比,在后者中,更多的光子总是会带来更好的代码性能。

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►参考

[1] Peter W. Shor“减少量子计算机内存退相干的方案”Physical Review A 52, R2493 (1995)。
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.52.R2493

[2] Mark M. Wilde“量子信息论”,剑桥大学出版社(2013 年)。
https:/ / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139525343
https:/​/​www.cambridge.org/​core/​books/​quantum-information-theory/​9DC2CA59F45636D4F0F30D971B677623

[3] Seth Lloyd“嘈杂量子通道的容量”物理评论 A 55, 1613 (1997)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.55.1613

[4] Nissim Ofek、Andrei Petrenko、Reinier Heeres、Philip Reinhold、Zaki Leghtas、Brian Vlastakis、Yehan Liu、Luigi Frunzio、SM Girvin、L. Jiang、Mazyar Mirrahimi、MH Devoret 和 RJ Schoelkopf,“用超导电路中的误差校正”,《自然》杂志 536, 441–445 (2016)。
https:/ / doi.org/10.1038/nature18949
https:////www.nature.com/articles/nature18949

[5] Victor V. Albert、Kyungjoo Noh、Kasper Duivenvoorden、Dylan J. Young、RT Brierley、Philip Reinhold、Christophe Vuillot、Linshu Li、Chao Shen、SM Girvin、Barbara M. Terhal 和 Liang Jiang,“单体的性能和结构mode bosonic codes” Physical Review A 97, 032346 (2018)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.032346

[6] Kyungjoo Nohand Christopher Chamberland “使用 surface-Gottesman-Kitaev-Preskill 代码进行容错玻色子量子纠错”,Physical Review A 101, 012316 (2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.012316

[7] Kyungjoo Noh “玻色子系统中的量子计算和通信”论文(2020 年)。

[8] Daniel Gottesman、Alexei Kitaev 和 John Preskill,“在振荡器中编码量子位”,Physical Review A 64, 012310 (2001)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.012310

[9] P. Campagne-Ibarcq、A. Eickbusch、S. Touzard、E. Zalys-Geller、NE Frattini、VV Sivak、P. Reinhold、S. Puri、S. Shankar、RJ Schoelkopf、L. Frunzio、M. Mirrahimi 和MH Devoret,“在振荡器的网格状态中编码的量子比特的量子纠错”,《自然》584, 368–372 (2020)。
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2603-3

[10] A. Romanenko、R. Pilipenko、S. Zorzetti、D. Frolov、M. Awida、S. Belomestnykh、S. Posen 和 A. Grassellino,“T <20mK 光子寿命高达 tau 的三维超导谐振器$=2 s'' 应用物理评论 13, 34032 (2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.13.034032

[11] Matthew Reagor、Wolfgang Pfaff、Christopher Axline、Reinier W. Heeres、Nissim Ofek、Katrina Sliwa、Eric Holland、Chen Wang、Jacob Blumoff、Kevin Chou、Michael J. Hatridge、Luigi Frunzio、Michel H. Devoret、Liang Jiang 和 Robert J. Schoelkopf,“电路 QED 中具有毫秒相干性的量子存储器”物理评论 B 94,014506 (2016)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.94.014506

[12] S. Rosenblum、P. Reinhold、M. Mirrahimi、Liang Jiang、L. Frunzio 和 RJ Schoelkopf,“量子错误的容错检测”科学 361, 266–270 (2018)。
https:// / doi.org/ 10.1126/ science.aat3996
http:// / science.sciencemag.org/

[13] AP Sears、A. Petrenko、G. Catelani、L. Sun、Hanhee Paik、G. Kirchmair、L. Frunzio、LI Glazman、SM Girvin 和 RJ Schoelkopf,“QED 电路强色散极限中的光子散粒噪声移相” 物理评论 B 86, 180504 (2012)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.86.180504

[14] Arne L. Grimsmo、Joshua Combes 和 Ben Q. Baragiola,“使用旋转对称玻色子代码进行量子计算”,Physical Review X 10, 011058 (2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.011058

[15] Yingkai Ouyang 和 Earl T. Campbell “Trade-Offs on Number and Phase Shift Resilience in Bosonic Quantum Codes” IEEE Transactions on Information Theory 67, 6644–6652 (2021)。
https:///doi.org/10.1109/TIT.2021.3102873

[16] Felix Leditzky、Debbie Leung 和 Graeme Smith,“Dephrasure Channel and Superadditivity of Coherent Information” Physical Review Letters 121, 160501 (2018)。
https://doi.org/10.1103/PHYSREVLETT.121.160501
https:///journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.160501

[17] Robert L. Kosut 和 Daniel A. Lidar “Quantum error correction via convex optimization” Quantum Information Processing 8, 443–459 (2009)。
https:/​/​doi.org/​10.1007/​S11128-009-0120-2
https:/​/​link.springer.com/​article/​10.1007/​s11128-009-0120-2

[18] Kyungjoo Noh、Victor V. Albert 和 Liang Jiang,“高斯热损耗通道的量子容量界限和 Gottesman-Kitaev-Preskill 代码的可实现速率”IEEE 信息论汇刊 65, 2563–2582 (2019)。
https:///doi.org/10.1109/TIT.2018.2873764

[19] Marios H. Michael、Matti Silveri、RT Brierley、Victor V. Albert、Juha Salmilehto、Liang Jiang 和 SM Girvin,“玻色子模式的新型量子纠错码”Physical Review X 6, 031006 (2016)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.031006

[20] Mazyar Mirrahimi、Zaki Leghtas、Victor V. Albert、Steven Touzard、Robert J. Schoelkopf、Liang Jiang 和 Michel H. Devoret,“动态保护 cat-qubits:通用量子计算的新范式” New Journal of Physics 16,045014 (2014)。
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​4/​045014

[21] Amir Arqand、Laleh Memarzadeh 和 Stefano Mancini,“玻色子去相位通道的量子容量”,Physical Review A 102, 42413 (2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.042413

[22] Andreas Winter“能量约束钻石范数在连续可变通道容量的均匀连续性中的应用”arXiv:1712.10267 [quant-ph] (2017)。
https://doi.org/10.48550/arXiv.1712.10267

[23] Michael M. Wolf、David Pérez-García 和 Geza Giedke,“玻色子通道的量子容量”,Physical Review Letters 98, 130501 (2007)。
https://doi.org/10.1103/PHYSREVLETT.98.130501
https:///journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.98.130501

[24] Christian Weedbrook、Stefano Pirandola、Raúl García-Patrón、Nicolas J. Cerf、Timothy C. Ralph、Jeffrey H. Shapiro 和 Seth Lloyd,“高斯量子信息”现代物理学评论 84, 621–669 (2012)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.84.621

[25] Mark M. Wilde 和 Haoyu Qi “Energy-constrained private and quantum capacity of quantum channels” IEEE Transactions on Information Theory 64, 7802–7827 (2018)。
https:///doi.org/10.1109/TIT.2018.2854766

[26] Ludovico Lami 和 Mark M. Wilde “玻色子去相位通道的量子和私有容量的精确解” arXiv:2205.05736 [quant-ph] (2022)。
https://doi.org/10.48550/arxiv.2205.05736
https://arxiv.org/abs/2205.05736v1

[27] Vikesh Siddhuand Robert B. Griffiths “Positivity and nonadditivity of quantum capacity using generalized erasure channels” IEEE Transactions on Information Theory 67, 4533–4545 (2021)。
https:///doi.org/10.1109/TIT.2021.3080819

[28] Atharv Joshi、Kyungjoo Noh 和 Yvonne Y Gao,“电路 QED 中玻色子量子位的量子信息处理”,量子科学与技术 6, 033001 (2021)。
https:// / doi.org/ 10.1088/ 2058-9565/ ABE989
https:/​/​iopscience.iop.org/​article/​10.1088/​2058-9565/​abe989%20https:/​/​iopscience.iop.org/​article/​10.1088/​2058-9565/​abe989/​meta

[29] David S. Schlegel、Fabrizio Minganti 和 Vincenzo Savona,“使用压缩的薛定谔猫态进行量子纠错”arXiv:2201.02570 [quant-ph] (2022)。
https://doi.org/10.48550/arXiv.2201.02570
https://arxiv.org/abs/2201.02570v1

[30] A. Grimm、NE Frattini、S. Puri、SO Mundhada、S. Touzard、M. Mirrahimi、SM Girvin、S. Shankar 和 MH Devoret,“Kerr-cat 量子位的稳定和操作”,自然 584,205–209 (2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1038 / s41586-020-2587-z
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2587-z

[31] C. Berdou、A. Murani、U. Reglade、WC Smith、M. Villiers、J. Palomo、M. Rosticher、A. Denis、P. Morfin、M. Delbecq、T. Kontos、N. Pankratova、F. Rautschke , T. Peronnin, L. -A. Sellem、P. Rouchon、A. Sarlette、M. Mirrahimi、P. Campagne-Ibarcq、S. Jezouin、R. Lescanne 和 Z. Leghtas,“双光子耗散振荡器中的一百秒位翻转时间”arXiv :2204.09128 [定量 ph] (2022)。
https://doi.org/10.48550/arxiv.2204.09128
https://arxiv.org/abs/2204.09128v1

[32] Raphaël Lescanne、Marius Villiers、Théau Peronnin、Alain Sarlette、Matthieu Delbecq、Benjamin Huard、Takis Kontos、Mazyar Mirrahimi 和 Zaki Leghtas,“振荡器中编码的量子比特中位翻转的指数抑制”自然物理学 16,509–513 (2020)。
https:///doi.org/10.1038/s41567-020-0824-x

[33] Linshu Li、Dylan J. Young、Victor V. Albert、Kyungjoo Noh、Chang Ling Zou 和 Liang Jiang,“相位工程玻色子量子代码”Physical Review A 103, 062427 (2021)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.062427

[34] Igor Devetakand Andreas Winter “从量子态提取秘密密钥和纠缠”皇家学会学报 A:数学、物理和工程科学 461、207–235 (2003)。
https:/ / doi.org/ 10.1098 / rspa.2004.1372

[35] Johannes Bauschand Felix Leditzky “来自神经网络的量子代码” New Journal of Physics 22, 023005 (2018)。
https:// / doi.org/ 10.1088/ 1367-2630/ ab6cdd

被引用

[1] Ludovico Lami 和 Mark M. Wilde,“玻色子去相位通道的量子和私有容量的精确解”, 的arXiv:2205.05736.

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