RIKEN сократил число кубитов для подготовки кода [[30,6,5]] со 180 до 84 в симуляции

Исследователи RIKEN и Японского агентства науки и технологий (JST) предложили отказоустойчивый метод подготовки логических состояний для симплектического двойного кода [[30,6,5]], говорится в статье на arxiv.org arxiv.orgarxiv.orgarxiv.orgОткрыть источник ↗. Код хранит 6 логических кубитов в 30 физических при кодовом расстоянии 5, то есть скорость кодирования составляет 20%. Статья опубликована в Science Advances 13 ноября (по времени США), как сообщил RIKEN.

Код и кодировщик

Код [[30,6,5]] — это код Калдербанка — Шора — Стина (CSS), полученный из нестабилизаторного не-CSS кода [[15,3,5]] с помощью построения симплектического удвоения. Его скорость кодирования выше, чем у бивариантного бицикличного кода [[72,12,6]] (около 17%) и тривариантного бицикличного кода [[30,4,5]] (около 13%), при сохранении кодового расстояния. Прежние работы по отказоустойчивым вычислениям с симплектическими двойными кодами охватывали расстояния до 3.

Предложенный кодировщик нулевого состояния расширяет метод проверки с минимальными издержками Гото для семикубитного кода Стина. Он выявляет критические ошибки при кодировании с как можно меньшим числом вспомогательных кубитов. По данным RIKEN, схема подготовки вместе с проверкой требует 84 физических кубитов против 180 в обычной шестикопийной схеме. В число 84 входят вспомогательные кубиты, поэтому его нельзя сравнивать с 30 кубитами самого кода. Число двухкубитных вентилей в схеме для состояния «плюс» снижено со 108 до 67.

Моделирование и ограничения

Авторы оценили кодировщик в модели шума на уровне схемы и сообщают о логических ошибках на уровне шестикопийной схемы arxiv.orgarxiv.orgarxiv.orgОткрыть источник ↗. После каждого физического CNOT с вероятностью pcirc/15 возникает одна из 15 двухкубитных ошибок Паули, а инициализация и измерение сопровождаются ошибкой переворота бита с вероятностью pcirc. Ошибки памяти и однокубитных вентилей в оценку не вошли, а результаты не являются измерениями на оборудовании.

Авторы также разработали кодировщик произвольного состояния, который вносит произвольные квантовые состояния в кодовое пространство. В сочетании с базовыми отказоустойчивыми операциями, такими как дистилляция магических состояний, он поддерживает универсальные квантовые вычисления. Следующими шагами авторы называют экспериментальную реализацию на ионных ловушках и нейтральных атомах, а также оптимизацию компиляции схем.