Optisk demonstration af kvantefejltolerant tærskel

Håndtering af eksperimentelle fejl, som kan forekomme i hvert trin af kvantekredsløb, er af stor betydning, især i implementeringen af ​​kvanteberegning. Generelt set kræver kvantefejlskorrektion flere qubits for at udføre korrektionsoperationen.

Den fejltolerante metode, hvor logiske qubits er kodet med flere fysiske qubits, og fejlen i det fysiske rum er tilladt og ikke forventes at blive rettet, giver en anden måde at behandle fejlen ved at udelukke qubit med fejl fra kodet rum.

For at være mere præcis, baseret på den samme hardware, kunne logiske qubits udgives med en bedre sandsynlighed i det fejltolerante kodede kredsløb end i det ikke-kodede kredsløb, når fejlraten er under tærsklen. Endnu vigtigere er det, at det fejltolerante kredsløb kunne verificeres i et lille system bestående af flere qubits. Og tærsklen – eksplicitte beviser til støtte for succesen med fejltolerante metoder – kunne bestemmes, når man sammenligner outputsandsynlighederne for kodede kredsløb og ikke-kodede kredsløb.

I et nyt papir offentliggjort i Light Science &Application , et team af videnskabsmænd, ledet af professor Chuan-Feng Li fra CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology i Kina, har udnyttet de rumlige tilstande af to sammenfiltrede fotoner til at konstruere en eksperimentel platform og har direkte observeret fejlen- tolerant tærskel for de undersøgte kvantekredsløb.

Med de fysiske qubits repræsenteret ved sammenfaldende tællinger af de rumlige tilstande for hver foton, kodes og manipuleres to logiske qubits gennem de tilsvarende operationer på de fysiske qubits. Ved at importere fejlraten kunstigt med en ekstrem høj nøjagtighed, kunne vi scanne det område af fejlraten, som dækker tærsklen. Når succes-outputsandsynligheden for det kodede kredsløb er højere end for det ikke-kodede kredsløb, kan vi bekræfte den nøjagtige værdi af tærskelværdien, som understøttes af de stærke resultater, herunder enkelt-qubit og to-qubit-operationer i den logiske plads.

Udover at lette undersøgelsen af ​​fejltolerant kvanteberegning i skalerbare systemer, er dette arbejde nyttigt til andre kvanteinformationsopgaver, såsom sammenfiltringsrensning og langdistance kvantekommunikation.

Ved at observere fejlfrekvenstærsklen kunne vi forstå detaljeringsrammen for fejltolerante protokoller og bedømme fejltolerantes succes. Forskerne opsummerer den optiske platforms ydeevne:

"Vi konstruerer opsætningen baseret på de rumlige tilstande af to fotoner, hvilket manifesterer følgende fordele:(1) drift med høj nøjagtighed, som er det stive krav til fejltolerant kredsløb; (2) let at importere den kunstige fejl og justere dens hastighed; (3) præsentere det lige mønster for hvert trin i den fejltolerante proces; og (4) let at implementere det fejltolerante kodede kredsløb og ikke-kodede kredsløb."

"Udover den fejltype, der tages i betragtning i dette arbejde, kunne andre fejlmodeller i en universel fejltolerant protokol undersøges baseret på denne eksperimentelle platform. For eksempel med at udvide den eksperimentelle platform baseret på den optiske rumlige tilstand fra single-photon framework til to -entangled-photon framework i dette arbejde, kan den ikke-lokale fejleffekt undersøges yderligere i den fejltolerante kvanteberegning," siger forskerne. + Udforsk yderligere

Forskerholdet tager vigtige skridt i kvanteberegning med fejlkorrektion