```html ليکوالان: المدينا کررا وازکز کېروین تورناو ډیګو ریسټ سټیفن ورنر مایکا تکیتا ډینیل جې ایګر خلاصه کوانټم کمپیوټرونه د کوانټم میخانیکي قوانینو سره معلومات پروسس کوي. اوسني کوانټم هارډویر شورجنکې، یوازې د لنډې مودې لپاره معلومات ساتلی شي او شاوخوا څو کوانټم بټونو، یعنې کیوبټونو پورې محدود دي، چې معمولا په یوه مسطحه اړیکه کې arrangement شوي وي . په هرصورت، د کوانټم کمپیوټینګ ډیری غوښتنلیکونه د مسطح جال څخه ډیرې اړیکې ته اړتیا لري چې د هارډویر لخوا په یوه واحد کوانټم پروسس کولو واحد (QPU) کې شتون لري. ټولنه په دې محدودیتونو د کلاسیکي اړیکو په کارولو سره د QPUs په نښلولو سره د حل کولو هیله لري، کوم چې لا تر اوسه په تجربوي ډول ثابت نه دي. دلته موږ د error-mitigated dynamic circuits او circuit cutting په تجربوي توګه پلي کوو ترڅو کوانټم حالتونه رامنځته کړو چې د 142 کیوبټونو په کارولو سره د دوراني اړیکې ته اړتیا لري چې په ریښتیني وخت کې د 127 کیوبټونو سره دوه QPUs ته خپریږي. په یوه dynamic circuit کې، کوانټم ګیټونه په کلاسیکي توګه د منځني سرکیټ اندازه کولو پایلو لخوا کنټرول کیدی شي، یعنې د کیوبټونو د coherence time په یوه برخه کې. زموږ ریښتیني وخت کلاسیکي لینک موږ ته اجازه راکوي چې په یوه QPU باندې کوانټم ګیټ پلي کړو چې د بل QPU په اندازه کولو پایله پورې تړاو لري. برسېره پردې، error-mitigated control flow د کیوبټ اړیکې او د هارډویر د instruction set لوړوي، په دې توګه زموږ د کوانټم کمپیوټرونو versatility زیاتوي. زموږ کار ښیې چې موږ کولی شو د ریښتیني وخت کلاسیکي لینک لخوا فعال شوي error-mitigated dynamic circuits سره څو کوانټم پروسسرونه د یو په توګه وکاروو. 1 اصلي کوانټم کمپیوټرونه په کوانټم بټونو کې کوډ شوي معلومات د unitary operations سره پروسس کوي. په هرصورت، کوانټم کمپیوټرونه شورجنکې دي او ډیری لوی مقیاس آرکیټیکچر فزیکي کیوبټونه په مسطح جال کې arrangement کوي. سره له دې، د error mitigation سره اوسني پروسسرونه کولی شي د 127 کیوبټونو سره د هارډویر-native Ising models تقلید کړي او observables اندازه کړي په داسې کچه چې د کلاسیکي کمپیوټرونو سره brute-force طریقې لږ پیل کیږي . د کوانټم کمپیوټرونو کارول د نور scaling او د دوی محدود کیوبټ اړیکې په بریالي کولو پورې تړاو لري. یوه modular approach د اوسني noisy quantum processors scaling او د fault tolerance لپاره اړین فزیکي کیوبټونو لوی شمیر ترلاسه کولو لپاره مهم دی . Trapped ion او neutral atom architectures کولی شي کیوبټونه فزیکي لیږدولو سره modularity ترلاسه کړي , . په نږدې موده کې، superconducting qubits کې modularity د لنډ واټن interconnects سره ترلاسه کیږي چې adjacent chips , نښلوي. 1 2 3 4 5 6 7 8 په منځنۍ موده کې، microwave regime کې operating long-range gates ممکن د اوږد کنونشنل کیبلونو , , له لارې ترسره شي. دا به د non-planar qubit connectivity وړ کړي چې د اغیزمن error correction لپاره مناسب وي. یوه اوږدمهاله بدیل د microwave to optical transduction په کارولو سره د optical link سره remote QPUs entangle کول دي، کوم چې زموږ د پوهې سره سم لا تر اوسه نه دي ښودل شوي. برسېره پردې، dynamic circuits د کوانټم کمپیوټر عملیاتو سیټ پراخوي د mid-circuit measurements (MCMs) په ترسره کولو او د کیوبټونو د coherence time په جریان کې په کلاسیکي توګه یو ګیټ کنټرول کولو سره. دوی د algorithmic quality او qubit connectivity لوړوي. لکه څنګه چې موږ به وښیو، dynamic circuits د کلاسیکي لینک له لارې په ریښتیني وخت کې د QPUs په نښلولو سره modularity هم وړ کړي. 9 10 11 3 12 13 14 موږ د virtual gates پر بنسټ یو complementary approach غوره کوو ترڅو په modular architecture کې long-range interactions پلي کړو. موږ په هر ځای کې کیوبټونه نښلولو او د quasi-probability decomposition (QPD) , , له لارې د entanglement احصایې رامنځته کوو. موږ یوه Local Operations (LO) یوازې سکیم د Classical Communication (LOCC) لخوا ضمیمه شوي سکیم سره پرتله کوو. د LO سکیم، چې په یوه دوه-کیوبټ ترتیب کې ښودل شوې، یوازې محلي عملیاتو سره څو کوانټم سرکیټونو اجرا کولو ته اړتیا لري. برعکس، د LOCC پلي کولو لپاره، موږ په یوه teleportation circuit کې virtual Bell pairs مصرفوو ترڅو دوه-کیوبټ ګیټونه , جوړ کړو. د کوانټم هارډویر په sparse او planar connectivity سره، په هر ځای کې کیوبټونو ترمنځ Bell pair جوړولو لپاره د controlled-NOT (CNOT) ګیټ ته اړتیا لري. د دې ګیټونو څخه د مخنیوي لپاره، موږ د محلي عملیاتو پر QPD کاروو چې د cut Bell pairs پایله لري چې teleportation یې مصرفوي. LO ته کلاسیکي لینک ته اړتیا نه لري او له همدې امله د LOCC څخه ساده پلي کول دي. په هرصورت، لکه څنګه چې LOCC یوازې یو پارامیټریز شوي ټیمپلیټ سرکیټ ته اړتیا لري، دا د LO په پرتله کمپایل کولو لپاره خورا اغیزمن دی او د QPD لګښت د LO سکیم لګښت څخه کم دی. 15 16 17 16 17 18 19 20 زموږ کار څلور کلیدي ونډې لري. لومړی، موږ د کوانټم سرکیټونه او QPD وړاندې کوو ترڅو څو cut Bell pairs جوړ کړو ترڅو په ref. کې virtual gates پلي کړو. دوهم، موږ د dynamic circuits په کلاسیکي کنټرول هارډویر کې د latency څخه رامنځته شوي errorونه کموو او mitigation کوو د dynamical decoupling او zero-noise extrapolation په ترکیب سره. دریم، موږ د 103-node graph state باندې دوراني boundary conditions انجینیر کولو لپاره دا میتودونه کاروو. څلورم، موږ د دوه جلا QPUs ترمنځ ریښتیني وخت کلاسیکي اړیکه ښیې، په دې توګه دا ثابته کوو چې د توزیع شوي QPUs یوه سیسټم د کلاسیکي لینک له لارې د یو په توګه عملیات کیدی شي . د dynamic circuits سره یوځای، دا موږ ته اجازه راکوي چې دواړه چپس د یوه کوانټم کمپیوټر په توګه عملیات کړو، کوم چې موږ د 142 کیوبټونو په اوږدو کې دوه وسیلو ته غزیدلی یو دوراني graph state انجینیر کولو سره مثال کوو. موږ د long-range gates جوړولو لپاره یو لاره بحث کوو او زموږ نتیجه وړاندې کوو. 17 21 22 23 سرکیټ قطع کول موږ لوی کوانټم سرکیټونه چلوو چې ممکن د کیوبټ شمیر یا ارتباط محدودیتونو له امله زموږ په هارډویر باندې په مستقیم ډول د executable نه وي د ګیټونو په قطع کولو سره. سرکیټ قطع کول یوه پیچلې سرکیټ په subcircuits ویشي چې په انفرادي ډول executable , , , , , کیږي. په هرصورت، موږ باید د سرکیټونو زیاته شمیره چلوو، چې موږ یې د نمونې اخیستنې overhead ورته وایو. د دې subcircuits څخه پایلې بیا په کلاسیکي توګه د اصلي سرکیټ پایلې ته د رسیدو لپاره ترکیب کیږي. 15 16 17 24 25 26 16 (Methods) لکه څنګه چې زموږ د کار یوه له اصلي ونډو څخه د LOCC سره virtual gates پلي کول دي، موږ وایو چې څنګه د محلي عملیاتو سره اړین cut Bell pairs جوړ کړو. دلته، څو cut Bell pairs د پارامیټریز شوي کوانټم سرکیټونو لخوا انجینیر کیږي، کوم چې موږ ورته د cut Bell pair factory (Fig. ) ورته وایو. په یوه وخت کې څو جوړه قطع کول د کم نمونې overhead ته اړتیا لري. لکه څنګه چې cut Bell pair factory دوه جلا کوانټم سرکیټونه جوړوي، موږ هر subcircuit د کیوبټونو ته نږدې ځای پرځای کوو چې long-range gates لري. پایله لرونکی سرچینه بیا په یوه teleportation circuit کې مصرف کیږي. د مثال په توګه، په Fig. کې، cut Bell pairs د کیوبټ جوړه (0, 1) او (2, 3) باندې CNOT gates جوړولو لپاره مصرف کیږي. 1b,c 17 1b (Cut Bell pair factories) , د IBM Quantum System Two architecture depiction. دلته، دوه 127 کیوبټ Eagle QPUs د ریښتیني وخت کلاسیکي لینک سره نښلول شوي دي. هر QPU په خپل ریک کې د خپل الیکترونیک لخوا کنټرول کیږي. موږ دواړه ریکونه په کلکه همغږي کوو ترڅو دواړه QPUs د یو په توګه عملیات کړو. , د LOCC لخوا د مجازی CNOT ګیټونو پلي کولو لپاره ټیمپلیټ کوانټم سرکیټ د کیوبټ جوړه ( 0, 1) او ( 2, 3) باندې د teleportation circuit کې د cut Bell pairs مصرفولو سره. بنفش دوه کرښې د ریښتیني وخت کلاسیکي لینک استازیتوب کوي. , د دوه په یوه وخت کې کټ شوي Bell pairs لپاره cut Bell pair factories 2( ). QPD د 27 مختلف پارامتر سیټونو مجموعه لري. دلته، . a b q q q q c C θ i 17 θ i دوره يي بنديز شرايط موږ په ibm_kyiv، یوه Eagle پروسیسر کې د دوراني بندیزونو سره یو graph state | ⟩ جوړوو، د دې فزیکي ارتباط لخوا رامنځته شوي محدودیتونو څخه تیریږي (وګورئ ' '). دلته، has ∣ ∣ = 103 nodes او څلور long-range edges lr = {(1, 95), (2, 98), (6, 102), (7, 97)} د Eagle processor (Fig. ) له پورتنۍ او لاندې کیوبټونو ترمنځ ته اړتیا لري. موږ په هر نوډ ∈ او د هرې حاشیې ( , ) ∈ له لارې د product formed edges stabilizers اندازه کوو. د دې stabilizers څخه، موږ یوه entanglement witness جوړوو، کوم چې د ( , ) ∈ حاشیې په اوږدو کې bipartite entanglement شتون لري که چیرې دا منفي وي (ref. ) (وګورئ ' '). موږ bipartite entanglement باندې تمرکز کوو ځکه چې دا هغه سرچینه ده چې موږ یې د virtual gates سره بیا رامنځته کول غواړو. له دوو څخه زیاتو ګوندونو ترمنځ entanglement witnesses اندازه کول یوازې د non-virtual gates او measurements کیفیت اندازه کوي، چې د virtual gates اغیزه کموي. 1 G Graph states G V E 2a i V i j E SiSj Si i j E 27 Entanglement witness , د heavy-hexagonal graph په یوه tubular form کې په خپل ځان باندې folding کوي د edges (1, 95), (2, 98), (6, 102) او (7, 97) لخوا چې په نیلي رنګ کې روښانه شوي دي. موږ دا edges قطع کوو. , د نوډ stabilizers (پورته) او witnesses (لاندې)، د 1 معیاري انحراف سره د نوډونو او edges لپاره چې cut edges ته نږدې دي. عمودي dashed lines stabilizers او witnesses د cut edges څخه د دوی د واټن له مخې ګروپ کوي. , د stabilizer errors cumulative distribution function. ستوري د نوډ stabilizers ښیې چې یو edge د long-range gate لخوا پلي کیږي. په dropped edge benchmark (dash-dotted red line) کې، long-range gates نه پلي کیږي او له همدې امله ستوري-نشان شوي stabilizers د واحد error لري. خړ ساحه د probability mass ده چې د cut لخوا اغیزمن شوي نوډ stabilizers سره مطابقت لري. – , په دوه-dimensional layoutونو کې، شین نوډونه 95, 98, 102 او 97 نقلوي ترڅو cut edges وښیې. په کې نیلي نوډونه cut Bell pairs جوړولو لپاره د کیوبټ سرچینې دي. د نوډ رنګ د اندازه شوي stabilizer | − 1| absolute error دی، لکه څنګه چې د رنګ بار لخوا ښودل شوي. یوه حاشیه تیاره ده که چیرې entanglement statistics په 99% اعتماد کچه کې کشف شي او ارغواني که چیرې نه وي. په کې، long-range gates د SWAP gates سره پلي کیږي. په کې، ورته gates د LOCC سره پلي کیږي. په کې، دوی په هیڅ ډول نه پلي کیږي. a b Sj c Sj d f e i Si d e f موږ | ⟩ د دریو مختلفو میتودونو په کارولو سره چمتو کوو. هارډویر-native edges تل د CNOT gates سره پلي کیږي مګر دوراني بندیزونه د (1) SWAP gates، (2) LOCC او (3) LO سره د ټول جال له لارې نښلولو سره پلي کیږي. د LOCC او LO ترمنځ اصلي توپیر د فیډ-فورورډ عملیات دی چې د 2 اندازه کولو پایلو پورې تړلي واحد-کیوبټ ګیټونو څخه جوړ دی، چیرته چې د کټونو شمیر دی. د 22 مواردو څخه هر یو د او/یا ګیټونو ځانګړي ترکیب هڅوي په مناسب کیوبټونو باندې. د اندازه کولو پایلو ترلاسه کول، مناسب قضیه ټاکل او د هغې په اساس عمل کول د کنټرول هارډویر لخوا په ریښتیني وخت کې ترسره کیږي، د یو ثابت اضافه ځنډ په لګښت. موږ د دې ځنډ څخه رامنځته شوي errorونه د zero-noise extrapolation او staggered dynamical decoupling , (وګورئ ' ') سره کموو او کم کوو. G n n n X Z 22 21 28 Error-mitigated quantum circuit switch instructions موږ د | ⟩ د SWAP، LOCC او LO پلي کولو لپاره د هارډویر-native graph state سره په ′ = ( , ′) باندې بنچمارک کوو چې د long-range gates په لرې کولو سره ترلاسه کیږي، یعنې ′ = lr. د | ′⟩ چمتو کولو سرکیټ له همدې امله یوازې 112 CNOT gates ته اړتیا لري چې په دریو طبقو کې د Eagle processor په heavy-hexagonal topology تعقیبوي. دا سرکیټ به د | ⟩ د نوډ او حاشیې stabilizers لپاره چې په کټ شوي ګیټ باندې دي، لوی errorونه راپور کړي ځکه چې دا د | ′⟩ پلي کولو لپاره ډیزاین شوی. موږ دې هارډویر-native benchmark ته د dropped edge benchmark نوم ورکوو. د swap-based سرکیټ لپاره د long-range edges lr جوړولو لپاره اضافي 262 CNOT gates ته اړتیا لري، کوم چې د اندازه شوي stabilizers ارزښت په ډراماتیک ډول کموي (Fig. ). برعکس، د edges په lr کې د LOCC او LO پلي کولو لپاره SWAP gates ته اړتیا نه لري. د دوی نوډ او حاشیې stabilizers errorونه د نوډونو لپاره چې د کټ ګیټ سره تړاو نلري، د dropped edge benchmark (Fig. ) نږدې تعقیبوي. برعکس، د virtual gate شامل شوي stabilizers د dropped edge benchmark او swap پلي کولو څخه کم error لري (Fig. , star markers). د یوه عمومي کیفیت میتریک په توګه، موږ لومړی د نوډ stabilizers باندې د absolute errors مجموعه راپور کوو، یعنې، ∑ ∈ ∣ − 1∣ (Extended Data Table ). لوی SWAP overhead د 44.3 sum absolute error مسؤل دی. د dropped edge benchmark باندې 13.1 error د څلورو کټونو په اته نوډونو (Fig. , star markers) لخوا غالب کیږي. برعکس، د LO او LOCC errors د MCMs لخوا اغیزمن کیږي. موږ LOCC ته د LO په پرتله 1.9 اضافي error د teleportation circuit او cut Bell pairs کې د ځنډ او CNOT gates ته ورکوو. په SWAP-based پایلو کې، په 99% اعتماد کچه کې په 116 edges باندې entanglement نه کشفوي (Fig. ). د LO او LOCC پلي کولو لپاره، په کې ټولو edges په اوږدو کې د bipartite entanglement احصایې په 99% اعتماد کچه کې شاهدي ورکوي (Fig. ). دا میتریکونه ښیې چې virtual long-range gates د SWAPs په پرتله کم errorونه لرونکي stabilizers تولیدوي. برسېره پردې، دوی د entanglement احصایې تاییدولو لپاره variance په کافي اندازه ټیټ ساتي. G G V E E EE G G G E 2b–d E 2b,c 2c i V Si 1 2c 2b,d G 2e دوه QPUs د یو په توګه عملیات کول موږ اوس د 127 کیوبټونو هر یو دوه Eagle QPUs د ریښتیني وخت کلاسیکي اړیکې له لارې په یوه QPU کې ترکیب کوو. وسیلې د یوې، لوی پروسسر په توګه عملیات کول د لوی کیوبټ راجستر ته غزیدلي کوانټم سرکیټونه اجرا کول شامل دي. د متحد QPU باندې د unitary gates او measurements له پرمخ تللو سربیره، موږ هغه ګیټونه پلي کولو لپاره dynamic circuits کاروو چې په دواړو وسیلو کې په کیوبټونو باندې عمل کوي. دا د کلکې همغږۍ او چټک کلاسیکي اړیکې لخوا فعال شوی دی چې د فزیکي جلا وسایلو ترمنځ اړین دي ترڅو د اندازې پایلې راټول کړي او د ټول سیسټم کنټرول جریان وټاکي. 29 موږ د 134 کیوبټونو باندې د heavy-hexagonal rings څخه جوړ شوي graph state انجینیر کولو سره د دې ریښتیني وخت کلاسیکي اړیکې ازموینه کوو چې دواړه QPUs ته تیریږي (Fig. ). دا حلقې د دوه-سطحي سیسټمونو او لوستلو مسلو څخه رنځ وړونکي کیوبټونو له لرې کولو سره غوره شوي ترڅو د لوړ کیفیت graph state ډاډمن کړي. دا ګراف په دریو ابعادو کې یوه حلقه جوړوي او څلور long-range gates ته اړتیا لري چې موږ یې د LO او LOCC سره پلي کوو. لکه څنګه چې مخکې، LOCC protocol بیا د cut gate لپاره د cut Bell pairs لپاره دوه اضافي کیوبټونو ته اړتیا لري. لکه څنګه چې په تیره برخه کې، موږ د هغه ګراف سره زموږ پایلو بنچمارک کوو چې د QPUs ترمنځ تیریږي edges نه پلي کوي. لکه څنګه چې د کوانټم لینک د دوه وسیلو ترمنځ شتون نلري، د SWAP gates سره بنچمارک ناممکن دی. ټول edges د LO او LOCC سره په 99% اعتماد کچه کې د ګراف پلي کولو سره د bipartite entanglement احصایې ښیې. برسېره پردې، د LO او LOCC stabilizers د dropped edge benchmark لپاره ورته کیفیت لري د نوډونو لپاره چې د long-range gate لخوا اغیزمن شوي نه دي (Fig. ). د long-range gates لخوا اغیزمن شوي stabilizers د dropped edge benchmark په پرتله د error کمښت لري. د نوډ stabilizers باندې د absolute errors مجموعه ∑ ∈ ∣ − 1∣، د dropped edge benchmark، LOCC او LO لپاره په ترتیب سره 21.0، 19.2 او 12.6 دی. لکه څنګه چې مخکې، موږ 3 3c i V Si
