Зохиогчид: Нэрежа Сундаресан Теодор Ж. Йодер Йонгсёок Ким Муюань Ли Эдвард Х. Чен Грейс Харпер Тед Торбек Эндрю В. Кросс Антонио Д. Корколес Майка Такита Хураангуй Квантын алдааг залруулах нь өндөр нарийвчлалтай квантын тооцоолол хийх боломжийг олгодог. Алдаатай бүрэн тэсвэртэй гүйцэтгэл хараахан биелээгүй байгаа ч, сүүлийн үеийн хянах хэлхээний болон квантын техник хангамжийн сайжруулалт нь алдааг залруулах шаардлагатай үйлдлүүдийг улам бүр боловсронгуй болгох боломжийг олгож байна. Энд бид хеви-хезагон торлогт холбогдсон хэт дамжуулагч кубитүүд дээр квантын алдааг залруулах ажлыг гүйцэтгэв. Бид гурван зайтай логик кубитийн кодоор кодчилж, алдаагүй синдромын хэмжилтийн хэд хэдэн үеийг гүйцэтгэсэн нь хэлхээний аливаа ганц алдааг засах боломжийг олгодог. Бодит цагийн санал хүсэлтийн тусламжтайгаар бид синдромын хэмжилтийн мөчлөгийн дараа синдром болон тугны кубитүүдийг нөхцөлтэйгээр дахин тохируулдаг. Нийлүүлэлтээс хамааралтай логик алдааны талаар мэдээлж байна, нийтлэг болон хамгийн их боломжит нийлүүлэлтүүдийн хувьд синдромын хэмжилт тутамд дундаж логик алдаа нь ойролцоогоор ~0.040 (~0.088) болон ~0.037 (~0.087) байдаг. Оршил Квантын тооцоолол нь техник хангамжийн тодорхойгүй байдлын улмаас бодит байдал дээр алдаатай байж болно. Гарсан алдааг арилгахын тулд квантын алдааг залруулах (QEC) кодууд нь квантын мэдээллийг хамгаалагдсан, логик зэрэгтэй байдлаар кодлон, алдааг хуримтлагдахаас илүү хурдан залруулснаар алдаанд тэсвэртэй (FT) тооцоолол хийх боломжийг олгодог. QEC-ийн бүрэн гүйцэтгэл нь дараахь зүйлсийг шаардана: логик төлвүүдийг бэлтгэх; нийтлэг логик гейтийн багцыг хэрэгжүүлэх, энэ нь ид шидийн төлвүүдийг бэлтгэх шаардлагатай байж болно; синдромын давтан хэмжилт; болон алдааг залруулахын тулд синдромыг задлах. Хэрэв амжилттай бол, гарсан логик алдааны түвшин нь анхдагч физик алдааны түвшнээс бага байх ёстой бөгөөд кодны зай нэмэгдэхийн хэрээр багасах ёстой. QEC кодыг сонгох нь анхдагч техник хангамж болон түүний алдааны шинж чанарыг харгалзах шаардлагатай. Хеви-хезагон торлогтой кубитүүд , -ийн хувьд, дэд системийн QEC кодууд нь бага холболттой кубитүүдэд сайн тохирддог тул таатай байдаг. Бусад кодууд нь FT -ийн хувьд харьцангуй өндөр босго эсвэл нийтлэг логик гейтийн их тоотой байсан тул амлалт өгчээ. Хэдийгээр тэдгээрийн орон зай, цаг хугацааны нэмэлт нь масштабын хувьд ихээхэн саад учруулж болох ч, алдааг багасгах зарим хэлбэрийг ашиглан хамгийн үнэтэй нөөцийг бууруулах -ийн талаар үр дүнтэй арга барилууд байдаг. 1 2 3 4 5 6 Задралын үйл явцад амжилттай залруулах нь зөвхөн квантын техник хангамжийн гүйцэтгэл төдийгүй, синдромын хэмжилтээс авсан сонгодог мэдээллийг олж авах, боловсруулах зорилгоор ашигладаг хянах хэлхээний хэрэгжилтээс хамаарна. Бидний тохиолдолд бодит цагийн санал хүсэлтийн тусламжтайгаар синдром болон тугны кубитүүдийг тохируулах нь алдааг багасгахад тусална. Задралын түвшинд, хэдийгээр FT системийн хүрээнд QEC-ийг асинхрон хийх протоколууд байдаг , , гэхдээ алдааны синдромыг хүлээн авах хурд нь сонгодог боловсруулах хугацаатай тэнцэх ёстой бөгөөд синдромын өгөгдлийн хуримтлал нэмэгдэхээс зайлсхийхийн тулд. Мөн, ид шидийн төлөвийг логик -гейтийн хувьд ашиглах зэрэг зарим протоколууд нь бодит цагийн урьдчилсан нөлөөлөл шаарддаг. 7 8 T 9 Тиймээс, QEC-ийн урт хугацааны алсын хараа нь ганц нэгдмэл зорилгын эргэн тойронд төвлөрөхгүй харин гүнзгий харилцан уялдаатай ажлуудын тасралтгүй үйл явц гэж үзэх ёстой. Энэ технологийг хөгжүүлэх туршилтын зам нь эхлээд эдгээр ажлуудыг тусад нь харуулах, дараа нь аажмаар хослуулах, мөн тэдгээрийн холбогдох үзүүлэлтүүдийг тасралтгүй сайжруулах болно. Квантын системүүд дээрх олон тооны сүүлийн үеийн дэвшил нь FT квантын тооцооллын зорилтуудын хэд хэдэн талыг харуулсан эсвэл ойролцоогоор харуулсан. Тухайлбал, FT логик төлөв бэлтгэх нь ион , алмазан дахь цөмийн спин , болон хэт дамжуулагч кубитүүд дээр харагдсан. Синдромын хэмжилтийн давтан мөчлөгүүд нь жижиг алдаа илрүүлэх кодууд , , мөн хэсэгчилсэн алдаа залруулалт , түүнчлэн нийтлэг (хэдий алдаанд тэсвэртэй биш) нэг кубит гейтийн багц -тай хэт дамжуулагч кубитүүд дээр харагдсан. Ион -д хоёр логик кубит дээр нийтлэг гейтийн FT үзүүлэн харуулсан. Алдааг залруулах чиглэлээр, судалсан гадаргын кодын зай-3-ыг нийлүүлэлт болон пост-сонголтоор хэт дамжуулагч кубитүүд дээр сүүлийн үед хэрэгжүүлсэн, мөн өнгөт кодоор динамикаар хамгаалагдсан квантын санах ой, мөн Bacon-Shor кодонд , ион дээр FT төлөв бэлтгэх, ажиллуулах, хэмжих, түүний стабилизаторуудыг оруулах нь FT хэрэгжилтэд хамаарна. 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 20 21 Энд бид бодит цагийн санал хүсэлтийн чадварыг хэт дамжуулагч кубит системийн болон одоог хүртэл туршилтаар судлагдаагүй хамгийн их боломжит нийлүүлэлтийн задралын протоколтой хослуулж, логик төлвүүдийн амьдрах чадварыг сайжруулахыг зорьж байна. Бид эдгээр хэрэгслийг хэт дамжуулагч квантын процессор дээр хеви-хезагон кодын дэд системийн кодын FT ажиллагааны нэг хэсэг болгон харуулж байна. Энэ кодыг алдаанд тэсвэртэй болгоход тугны кубитүүд нь чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд тэдгээр нь 0-ээс ялгаатай байвал нийлүүлэгчийг хэлхээний алдаануудад анхааруулдаг. Синдромын хэмжилтийн мөчлөг бүрийн дараа туг болон синдромын кубитүүдийг нөхцөлтэйгээр дахин тохируулснаар бид энергийн релаксацийн үед үүсдэг алдаанаас системийнхээ хамгаалдаг. Бид цаашилбал саяхан тодорхойлогдсон задралын стратегийг ашиглан, задралын санаануудыг хамгийн их боломжит ойлголтуудыг , , оруулах хүртэл өргөжүүлдэг. 1 22 15 4 23 24 Үр дүн Хеви-хезагон код ба олон мөчлөгийн хэлхээ Бидний авч үзсэн хеви-хезагон код нь = 9 кубит код бөгөөд = 1 логик кубитийн зай = 3 -ээр кодчилдог. болон хэмжээ (Зураг a үзнэ үү) болон стабилизатор бүлгүүд нь дараахь байдлаар үүсгэгддэг. n k d 1 Z X 1 Стабилизатор бүлгүүд нь тус тусын хэмжээний бүлгүүдийн төвүүд болно . Энэ нь стабилизаторууд нь хэмжээний операторуудын үржвэр учраас зөвхөн хэмжээний операторуудыг хэмжихээс олж авч болно гэсэн үг юм. Логик операторуудыг = 1 2 3 болон = 1 3 7 гэж сонгож болно. S G XL X X X ZL Z Z Z (хөх) болон (улаан) хэмжээний операторууд (теөр болон (теөр )) нь зай-3 хеви-хезагон кодоор шаардлагатай 23 кубит дээр байрлуулсан. Код кубитүүд ( 1 − 9) нь шар өнгөтэй, стабилизаторт ашигладаг синдром кубитүүд ( 17, 19, 20, 22) нь хөх өнгөтэй, стабилизаторт ашигладаг тугны кубитүүд болон синдромууд нь цагаан өнгөтэй байна. Подсекцийн (0-ээс 4) дотор CX гейтийг байрлуулсан дараалал болон чиглэл нь дугаарлагдсан сумнуудаар тэмдэглэгдсэн. Синдромын хэмжилтийн нэг мөчлөгийн хэлхээний диаграм, болон стабилизаторуудыг хоёуланг нь агуулна. Хэлхээний диаграм нь гейтийн үйлдлүүдийг зэрэгцүүлэн хийх боломжийг харуулдаг: хуваарь тогтоох саад (босоо тасархай саарал шугам) -уудын хязгаарт байгаа хүмүүс. Хоёр кубит гейтийн үргэлжлэх хугацаа өөр өөр байдаг тул эцсийн гейтийн хуваарь нь стандарт хамгийн сүүлийн боломжит хэлхээний трансилэйшн хийх үе шат)-д тодорхойлогддог; дараа нь динамик цуцлалтыг цаг хугацаа байвал өгөгдлийн кубитүүдэд нэмдэг. Хэмжилт болон дахин тохируулах үйлдлүүд нь гейтийн бусад үйлдлүүдээс саад тотголоор тусгаарлагдсан нь завсарлагатай байгаа өгөгдлийн кубитүүдэд нэгэн төрлийн динамик цуцлалтыг нэмэх боломжийг олгодог. ( ) болон ( ) стабилизаторуудын гурван мөчлөгийн задралын график нь хэлхээний түвшний алдаатай байдаг нь тус тус болон алдааг залруулах боломжийг олгодог. График дахь хөх болон улаан цэгүүд нь зөрүү синдромуудтай, харин хар цэгүүд нь хилийг илэрхийлнэ. Нумнууд нь текстийг тайлбарласан хэлхээний алдааг илэрхийлдэг. Цэгүүд нь стабилизаторын хэмжилтийн төрөл ( эсвэл ), дэд тоогоор нь стабилизаторыг индексалж, дээд тоогоор нь мөчлөгийг тэмдэглэнэ. Хар нумнууд нь кодын кубитүүд дээрх Паули алдаанаас үүсдэг (мөн зөвхөн хэмжээтэй байдаг), болон дахь хоёр графикийг холбодог, гэхдээ нийлүүлэлтийн задралд ашиглагддаггүй. Хэмжээ 4-тэй гипернумнууд, эдгээрийг нийлүүлэлт ашигладаггүй, гэхдээ хамгийн их боломжит задралд ашиглагддаг. Зөвхөн тодорхой байдлыг хангахын тулд өнгө нь ашигласан. Цаг хугацаагаар нэг мөчлөгөөр нэгэн адил хувиргах нь мөн хүчинтэй гипернум өгдөг (цагны хилийн зарим өөрчлөлттэй). Мөн хэмжээ 3-тэй гипернумнуудын аль нь ч харагдахгүй байна. a Z X 1 2 Q Q Z Q Q Q Q X b X Z c Z d X X Z Z X e Y c d f Энд бид FT хэлхээний тусгай хэлбэрт анхаарлаа хандуулж байна, бидний олон арга техник нь өөр өөр код болон хэлхээгээр илүү өргөн хэрэглэгдэх боломжтой. Зураг b-д үзүүлсэн хоёр дэд хэлхээ нь - болон -хэмжээний операторуудыг хэмжих зорилгоор бүтээгдсэн. -хэмжээний хэмжилтийн хэлхээ нь тугны кубитүүдийг хэмжих замаар ашигтай мэдээллийг мөн авдаг. 1 X Z Z Бид () ба () хэмжээний (үзнэ үү Зураг a) болон стабилизатор бүлгүүдийг үүсгэдэг. Логик операторуудыг = 1 2 3 болон = 1 3 7 гэж сонгож болно. Бид арав ( =9) кубитээс бүрдсэн зай 3-ийн хеви-хезагон кодыг ашиглаж байна. Энэ кодыг хэрэгжүүлэхийн тулд бид 23 кубит бүхий IBM_Peekskill процессор ашигласан. Z X 1 XL X X X ZL Z Z Z n Бид кодны төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Кодны төлвүүдийг болон хэмжээний операторуудаар авдаг. Кодны төлвүүдийг болон хэмжээний операторуудаар авдаг. Кодны төлвүүдийг болон хэмжээний операторуудаар авдаг. Кодны төлвүүдийг болон хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Z X Z X Z X Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг ба хэмжээний операторуудаар авдаг. Z X Бид кодын төлвүүдийг
