Souhrn
Výzkumníci demonstrovali na 32qubitovém kvantovém procesoru dva low-overhead kódy pro kvantovou korekci chyb: distance-4 bivariate bicycle code s čtyřmi logickými qubity a distance-3 punctured bivariate bicycle code se šesti logickými qubity. Tyto kódy umožnily současné měření všech stabilizátorů hmotnosti 6 pomocí efektivního obvodu pro extrakci syndromu. Dosahují logické chybovosti na logický qubit na cyklus 8,91 % resp. 7,77 %.
Klíčové body
- Použití 32qubitového suprachiovodivého procesoru s dvourozměrnou architekturou a překrývajícími se dlouhodobými spojovacími prvky mezi qubity.
- Demonstrace distance-4 bivariate bicycle code (4 logické qubity) s chybovostí 8,91 ± 0,17 % na cyklus.
- Distance-3 punctured bivariate bicycle code (6 logických qubitů) s chybovostí 7,77 ± 0,12 % na cyklus.
- Současné měření všech nelokálních stabilizátorů hmotnosti 6 prostřednictvím periodického provádění syndromového obvodu.
- Potvrzení proveditelnosti kvantové korekce chyb na procesorech se suprachiovodivými qubity spojenými dlouhodobými spojovacími prvky.
Podrobnosti
Kvantové počítače slibují řešení komplexních výpočetních problémů, které překonávají klasické počítače, ale kvantová informace je křehká a operace s ní jsou náchylné k chybám. Proto je klíčová kvantová korekce chyb, která umožňuje fault-tolerantní výpočty. Doposud demonstrované kódy, jako surface codes, mají nízkou encoding efficiency a vysokou režii na zdroje, což brání škálovatelnosti.
Tento experiment využil 32qubitový kvantový procesor se suprachiovodivými qubity uspořádanými ve dvourozměrné architektuře. Qubity jsou propojeny překrývajícími se long-range couplers, což umožňuje interakce mezi vzdálenými qubity nutné pro quantum low-density parity-check (LDPC) kódy. Tyto kódy mají řídkou strukturu kontrolních matic, což snižuje počet potřebných měření stabilizátorů oproti tradičním kódům.
Testované kódy patří do rodiny bivariate bicycle codes. První, distance-4 bivariate bicycle code, kóduje 4 logické qubity a vyžaduje měření stabilizátorů hmotnosti až 6. Druhý, distance-3 punctured verze, kóduje 6 logických qubitů po puncturování (odstranění některých qubitů pro zjednodušení). Syndromový obvod umožnil periodické a současné měření všech nelokálních stabilizátorů, což je výzva kvůli potřebě dlouhodobých interakcí.
Měřené logické chybové míry – 8,91 % pro první kód a 7,77 % pro druhý na cyklus – ukazují, že tyto kódy fungují na fyzickém hardwaru, i když jsou stále nad prahem pro fault-tolerance (obvykle pod 1 %). Procesor umožnil efektivní implementaci díky překrytí couplers, což minimalizuje overhead spojů.
Proč je to důležité
Tato demonstrace potvrzuje proveditelnost low-overhead LDPC kódů na suprachiovodivých procesorech, které mají vyšší encoding efficiency než surface codes (např. více logických qubitů na fyzický qubit). To je klíčové pro škálování kvantových počítačů k tisícům logických qubitů nutným pro praktické aplikace, jako simulace molekul nebo optimalizace. Snižuje režii na qubity a měření, což urychluje cestu k fault-tolerantním systémům u firem jako IBM nebo Google. Nicméně chybové míry jsou stále vysoké, což vyžaduje další zlepšení fyzického hardwaru a dekódovacích algoritmů. V širším kontextu posiluje to důvěru v LDPC kódy jako alternativu k surface codes pro budoucí kvantové architektury.
Zdroj: 📰 Nature.com
