Müəlliflər: Neereja Sundaresan Theodore J. Yoder Youngseok Kim Muyuan Li Edward H. Chen Grace Harper Ted Thorbeck Andrew W. Cross Antonio D. Córcoles Maika Takita Xülasə Kvant səhv düzəlişi yüksək dəqiqlikli kvant hesablama aparmaq üçün perspektivli yol təklif edir. Səhvlərə davamlı alqoritmlərin tam icrası hələ də həyata keçirilməsə də, idarəetmə elektronika və kvant hardware-dakı son təkmilləşdirmələr səhv düzəliş üçün lazım olan əməliyyatların getdikcə daha inkişaf etmiş nümayişlərinə imkan verir. Burada biz ağır-heksadon şəbəkəsinə qoşulmuş superkeçirici qubitlər üzərində kvant səhv düzəlişi aparırıq. Biz 3 məsafəli məntiqi qubit kodlayırıq və sxematikada hər hansı bir səhvi düzəltməyə imkan verən bir neçə nöqtəli səhv diaqnostik ölçmələri həyata keçiririk. Real vaxt rejimində geribildirim istifadə edərək, hər bir diaqnostik çıxarma dövründən sonra diaqnostik və bayraq qubitlərini şərti olaraq sıfırlayırıq. Sızma sonrakı seçilmiş məlumatlar üzərində müvafiq və maksimal ehtimal decoders üçün müvafiq olaraq ~0.040 (~0.088) və ~0.037 (~0.087) Z(X)-bazisində məlumat səhvinə görə məlumat səhvinə görə dekoderə bağlı məlumat səhvini bildiririk. Giriş Kvant hesablama nəticələri, praktikada, hardware-dakı səs-küyə görə səhv ola bilər. Nəticədə yaranan səhvləri aradan qaldırmaq üçün, kvant informasiyasını qorunan, məlumat dərəcələrində kodlamaq üçün kvant səhv düzəlişi (QEC) kodlarından istifadə edilə bilər və sonra səhvləri yığılma sürətindən daha sürətli düzəldərək səhvlərə davamlı (FT) hesablamaları təmin etmək olar. QEC-nin tam icrası ehtimal ki, tələb edəcək: məlumat vəziyyətlərinin hazırlanması; universal məlumat qapıları dəstinin həyata keçirilməsi, bu da sehrli vəziyyətlərin hazırlanmasını tələb edə bilər; diaqnostiklərin təkrarlanan ölçülməsi; və səhvləri düzəltmək üçün diaqnostiklərin dekodlanması. Müvəffəqiyyət halında, nəticədə yaranan məlumat səhv dərəcələri əsas fiziki səhv dərəcələrindən az olmalı və azalan dəyərlərə qədər artan kod məsafələri ilə azalmalıdır. QEC kodunun seçilməsi əsas hardware və onun səs-küy xüsusiyyətlərinin nəzərə alınmasını tələb edir. Ağır-heksadon şəbəkəsinin , qubitləri üçün, alt-sistem QEC kodları azaldılmış əlaqəli qubitlərə yaxşı uyğun gəldikləri üçün cazibədardır. Digər kodlar nisbətən yüksək FT əridə və ya transversal məlumat qapılarının böyük sayına görə ümidverici olmuşdur. Onların kosmik və vaxt xərcləri miqyasa görə əhəmiyyətli bir maneə təşkil etsə də, bəzi səhv azaldılması formalarından istifadə edərək ən bahalı resursları azaltmaq üçün təşkil edici yanaşmalar mövcuddur. 1 2 3 4 5 6 Dekodlama prosesində, müvəffəqiyyətli düzəliş yalnız kvant hardware-nun performansından deyil, həm də diaqnostik ölçmələrdən alınan klassik məlumatın əldə edilməsi və işlənməsi üçün istifadə olunan idarəetmə elektronikasının tətbiqindən asılıdır. Bizim vəziyyətimizdə, ölçmə dövrləri arasında real vaxt rejimində geribildirim vasitəsilə həm diaqnostik, həm də bayraq qubitlərini başlatmaq səhvləri azaltmağa kömək edə bilər. Dekodlama səviyyəsində, FT formalizmində QEC-ni qeyri-sinkron şəkildə həyata keçirmək üçün bəzi protokollar mövcud olsa da , , səhv diaqnostiklərin qəbul edilmə sürəti, diaqnostik məlumatın artan bir yığınını qarşısını almaq üçün klassik işləmə müddətinə uyğun olmalıdır. Həmçinin, bəzi protokollar, məlumat -qapısı üçün sehrli vəziyyətdən istifadə etmək kimi, real vaxt geribildirim tətbiqini tələb edir. 7 8 T 9 Beləliklə, QEC-nin uzunmüddətli viziyası tək bir son məqsəd ətrafında deyil, bir-birinə dərin şəkildə bağlı vəzifələr silsiləsi kimi baxılmalıdır. Bu texnologiyanın inkişafındakı təcrübi yol, bu vəzifələri əvvəlcə təcrid olunmuş şəkildə nümayiş etdirməyi və sonra tədricən birləşdirməyi, həmişə əlaqəli metrikaları davamlı olaraq təkmilləşdirərkən əhatə edəcəkdir. Bu irəliləyişin bir hissəsi müxtəlif fiziki platformalardakı bir çox son kvant sistemlərindəki irəliləyişlərdə əks olunur, hansı ki, FT kvant komputasiyası üçün nəzərdə tutulan bir çox aspektləri nümayiş etdirmiş və ya yaxınlaşmışdır. Xüsusilə, FT məlumat vəziyyəti hazırlığı ionlarda , almazdakı nüvə spinlərində və superkeçirici qubitlərdə nümayiş etdirilmişdir. Diaqnostik çıxarmanın təkrarlanan dövrləri kiçik səhv aşkarlayan kodlarda , superkeçirici qubitlərdə, o cümlədən qismən səhv düzəliş həmçinin universal (lakin FT deyil) tək qubit qapıları dəsti nümayiş etdirilmişdir. İki məlumat qubiti üzərində universal bir qapı dəstinin FT nümayişi son vaxtlarda ionlarda bildirilmişdir. Səhv düzəliş sahəsində, dekodlama və sonrakı seçimlə superkeçirici qubitlərdə məsafə-3 səthi kodunun son həyata keçirilmələri, həmçinin rəng kodu istifadə edərək dinamik olaraq qorunan kvant yaddaşının FT nümayişi və Bacon-Shor kodunda ionlarda məlumat vəziyyətinin FT hazırlığı, əməliyyatı və ölçülməsi, o cümlədən onun stabilizatorları , bildirilmişdir. 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 20 21 Burada biz superkeçirici qubit sistemində real vaxt rejimində geribildirim imkanlarını, məlumat vəziyyətlərinin sağ qalma müddətini yaxşılaşdırmaq üçün indiyə qədər təcrübi olaraq tədqiq edilməmiş maksimal ehtimal dekodlama protokolu ilə birləşdiririk. Biz bu alətləri superkeçirici kvant prosessorunda bir alt-sistem kodunun , ağır-heksaqon kodunun FT əməliyyatının bir hissəsi kimi nümayiş etdiririk. Bu kodun tətbiqini səhvə davamlı etmək üçün vacib olan bayraq qubitləri, qeyri-sıfır olduqda, dekoderi sxematik səhvləri barədə xəbərdar edir. Hər bir diaqnostik ölçmə dövründən sonra bayraq və diaqnostik qubitləri şərti olaraq sıfırlayaraq, biz sistemimizi enerjinin boşalmasının təbii səsinə xas olan səhvlərdən qoruyuruq. Biz həmçinin son vaxtlarda təsvir edilmiş dekodlama strategiyalarından istifadə edirik və dekodlama fikirlərini maksimal ehtimal anlayışlarını , , əhatə etmək üçün genişləndiririk. 22 1 15 4 23 24 Nəticələr Ağır-heksaqon kodu və çox dövrəli sxemlər Nəzərdə tutduğumuz ağır-heksaqon kodu, 1 məlumat qubitini 3 məsafə ilə kodlayan = 9 qubit kodudur. və qeydi (Şəkil a bax) və stabilizator qrupları aşağıdakılarla yaradılır: 1 n Z X 1 Stabilizator qrupları müvafiq qeyd qruplarının mərkəzləridir. Bu o deməkdir ki, stabilizatorlar, qeyd operatorlarının məhsulları olaraq, yalnız qeyd operatorlarının ölçülmələrindən əldə edilə bilər. Məlumat operatorları = və = olaraq seçilə bilər. S i G i X L X 1 X 2 X 3 Z L Z 1 Z 3 Z 7 (mavi) və (qırmızı) qeyd operatorları (eq. (1) və (2)) 3 məsafəli ağır heksaqon kodu üçün lazım olan 23 qubitə xəritələşdirilib. Kod qubitləri ( 1– 9) sarı rəngdə, stabilizatorları üçün istifadə edilən diaqnostik qubitlər ( 17, 19, 20, 22) mavi rəngdə, stabilizatorları üçün istifadə edilən bayraq qubitləri və diaqnostiklər isə ağ rəngdə göstərilmişdir. Hər bir alt hissədə (0-dan 4-ə) tətbiq olunan CX qapılarının ardıcıllığı və istiqaməti nömrələnmiş oxlarla göstərilir. Bir diaqnostik ölçmə dövrünün sxematik diaqramı, həm , həm də stabilizatorlarını əhatə edir. Sxematik diaqram qapı əməliyyatlarının icazə verilmiş paralelliyini göstərir: cədvəl maneələri (şaquli nöqtəli qara xətlər) ilə müəyyən edilmiş qrafik çərçivəsində olanlar. Hər iki qubit qapı müddəti fərqli olduğundan, son qapı cədvəli standart olaraq mümkün qədər gec sxem translasiya keçidi ilə müəyyən edilir; bundan sonra vaxt imkan verən məlumat qubitlərinə dinamik silinmə əlavə olunur. Ölçmə və sıfırlama əməliyyatları, bərabər dinamik silinmənin boşda qalan məlumat qubitlərinə əlavə edilməsinə imkan vermək üçün maneələrlə digər qapı əməliyyatlarından ayrılır. Dövr səviyyəli səhvlərlə 3 dövrünün ( ) və ( ) stabilizator ölçülərinin dekodlama qrafikləri müvafiq olaraq və səhvlərini düzəldir. Qrafiklərdəki mavi və qırmızı düyünlər fərqli diaqnostikləri, qara düyünlər isə sərhədi təmsil edir. Kənar nöqtələr, mətnində təsvir edildiyi kimi, sxemdəki səhvlər səbəbindən baş verən müxtəlif yolları əhatə edir. Düyünlər stabilizator ölçmə növü ( və ya ) və stabilizatorun indeksini göstərən alt yazılar, növbə isə dövrü göstərən üst yazılarla etiketlənmişdir. Qara kənar nöqtələr, kod qubitlərindəki Pauli səhvlərindən yaranır (və beləliklə yalnız 2 ölçülüdürlər), və -dəki iki qrafiki birləşdirir, lakin uyğun dekoder tərəfindən istifadə edilmir. Uyğun dekoder tərəfindən istifadə edilməyən, lakin maksimal ehtimal dekoder tərəfindən istifadə edilən 4 ölçülü hiperkənar nöqtələr. Yalnız aydınlıq üçün rənglər istifadə edilmişdir. Hər birini bir dövr qədər vaxtda tərcümə etmək də etibarlı bir hiperkənar nöqtə verir (vaxt sərhədlərində bəzi dəyişikliklərlə). Həmçinin göstərilməyən ölçüsü 3 olan hiperkənar nöqtələr də mövcuddur. a Z X Q Q Z Q Q Q Q X b X Z c Z d X X Z Z X e Y c d f Burada biz xüsusi bir FT sxeminə diqqət yetiririk, texnikamızın bir çoxu müxtəlif kodlar və sxemlərlə daha ümumi şəkildə istifadə edilə bilər. Şəkil b-də göstərilən iki alt-sxem, və -qeyd operatorlarını ölçmək üçün qurulmuşdur. -qeyd ölçmə sxemi həmçinin bayraq qubitlərini ölçərək faydalı məlumat əldə edir. 1 X Z Z Biz doqquz qubiti () vəziyyətinə hazırlayaraq və -qeydi ( -qeydi) ölçərək kod vəziyyətlərini () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat () məlumat |0⟩ X Z |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩ |0⟩
