En logisk magisk tilstand med troskab ud over destillationstærsklen realiseret på superledende kvanteprocessor
Kvantecomputere har potentialet til at overgå konventionelle computere på nogle opgaver, herunder komplekse optimeringsproblemer. Kvantecomputere er dog også sårbare over for støj, hvilket kan føre til beregningsfejl.
Ingeniører har forsøgt at udtænke fejltolerante kvanteberegningsmetoder, der kunne være mere modstandsdygtige over for støj og dermed kunne skaleres mere robust op. En almindelig tilgang til at opnå fejltolerance er forberedelsen af magiske tilstande, som introducerer såkaldte ikke-Clifford-porte.
Forskere ved University of Science and Technology i Kina, Henan Key Laboratory of Quantum Information and Cryptography og Hefei National Laboratory demonstrerede for nylig forberedelsen af en logisk magisk tilstand med troskab ud over destillationstærsklen på en superledende kvanteprocessor. Deres papir, udgivet i Physical Review Letters , skitserer en levedygtig og effektiv strategi til at generere logiske magiske tilstande med høj kvalitet, en tilgang til at realisere fejltolerant kvanteberegning.
"Vi har en langsigtet plan inden for kvantefejlkorrektion," fortalte professor Xiao-Bo Zhu, medforfatter af papiret, til Phys.org. "Efter afslutningen af vores tidligere arbejde med en afstand-3 overfladekode til gentagen fejlkorrektion, anser vi det næste fokus for at være på forberedelsen af logiske magiske tilstande."
Det ultimative mål med den nyere forskning udført af prof. Zhu og deres kolleger er at realisere robust, fejltolerant, universel kvanteberegning. Forberedelsen af logiske magiske tilstande er et nøgletrin for at implementere ikke-Clifford logiske porte, som igen fører til opnåelse af fejltolerant kvanteberegning.
"Simpelt sagt er den grundlæggende idé med vores protokol først at injicere den tilstand, der skal forberedes, i en af qubits i overfladekoden, og derefter 'udbrede' tilstandsinformationen til hele overfladekoden for derved at opnå en logisk tilstandsforberedelse ", forklarede prof. Zhu. "I denne protokol er valget af indsprøjtningspositionen for den tilstand, der skal forberedes, og initialiseringstilstandene for andre qubits vigtigt."
Protokollen foreslået af dette team af forskere skitserer en simpel, eksperimentelt levedygtig og skalerbar strategi til at forberede rå magiske tilstande i superledende kvanteprocessorer. Som en del af deres nylige undersøgelse anvendte prof. Zhu og hans kolleger denne protokol på Zuchongzhi 2.1, en 66-qubit kvanteprofessor med et afstembart koblingsdesign.
"Denne processors design giver os mulighed for at manipulere interaktionen mellem to tilstødende qubits, hvilket sikrer, at vores kvanteporte er tilstrækkelig høj troskab trods en høj grad af parallelitet," sagde prof. Zhu. "Dette design er også befordrende for at udvide skalaen af qubits på én processor."
Da forskerne implementerede deres protokol på Zuchongzhi 2.1-processoren, opnåede de meget lovende resultater. Specifikt forberedte de ikke-destruktivt tre logiske magiske tilstande med logiske troskaber på henholdsvis 0,8771±0,0009, 0,9090±0,0009 og 0,8890±0,0010, som er højere end tærskelværdien for tilstandsdestillationsprotokol, 0,859 (for H-type magisk tilstand) 0,827 (for T-type magisk tilstand).
"Vi har opnået en kritisk milepæl i udviklingen af fejltolerant databehandling baseret på overfladekoden ved med succes at forberede en afstand-tre logisk magisk tilstand med troskab, der overgår destillationstærsklen," sagde prof. Zhu. "Dette resultat indebærer, at vi kan tilføre magiske tilstande med magisk tilstand ind i det magiske destillationskredsløb, gennemgå flere destillationer for at opnå tilstrækkelige magiske tilstande med høj kvalitet og efterfølgende anvende dem til at konstruere fejltolerante ikke-Clifford logiske porte."
I fremtiden vil protokollen udviklet af prof. Zhu og hans kolleger kunne bruges af andre forskerhold til at realisere højtro logiske magiske tilstande ved at bruge en bredere vifte af superledende kvanteprocessorer. I sidste ende kunne det bidrage til realiseringen af robust fejltolerance kvantecomputere, som igen kunne muliggøre udviklingen af kvantecomputere i større skala.
"Inden for kvantefejlkorrektion planlægger vi at fortsætte med at udforske to hovedforskningsretninger," tilføjede prof. Zhu. "For det første sigter vi mod at forbedre ydeevnen af en logisk qubit (eller fejlkorrigeret kvantehukommelse) ved at reducere den fysiske manipulationsfejlrate og øge antallet af kodede qubits og derved undertrykke den logiske fejlrate til praktiske niveauer. For det andet udfører vi eksperimentel forskning i fejlkorrigerede logiske operationer, såsom gitterkirurgi, til anvendelse i fremtidig fejltolerant kvanteberegning."
Flere oplysninger: Yangsen Ye et al., Forberedelse af logisk magisk tilstand med troskab ud over destillationstærsklen på en superledende kvanteprocessor, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.210603
Journaloplysninger: Physical Review Letters
© 2023 Science X Network
Varme artikler
-
Vækst under pres:Nyt metamateriale designet med kontraintuitiv egenskabI en ikke alt for fjern fremtid, det kan være muligt at 3D-udskrive stort set alt. Overvej standardprintere, som syntetiserer tusinder af farver ved kun at bruge tre farvepatroner. I analogi, fremtidi -
Gamle regler gælder for at forklare ekstrem stor magnetoresistensFermi Overfladeberegninger af PDSn4. En komparativ undersøgelse, der for nylig blev udført på Ames Laboratory, tjener til at vise vejen til de betingelser, der er nødvendige for at opnå ekstrem magnet -
Første gangs 3D-billeddannelse af interne magnetiske mønstreHvirvlende indre magnetisk struktur. Et udsnit af den undersøgte prøve, som er en gadolinium-kobolt søjle med en diameter på 0,005 millimeter (5 mikrometer), er vist. Med magnetisk tomografi, videnska -
Usædvanlig elektrondeling fundet i køligt krystalNår CsW2O6 afkøles til under -58°C, molekylære trekanter danner wolframatomer, der kun er bundet sammen af to elektroner. Lignende binding er kun tidligere blevet påvist i trihydrogenioner i det ydr