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World File Search System冗余编码
奇妙的量子纠错码及其用途...
摘要 量子计算机有可能对一系列科学技术领域的悬而未决的问题做出重大贡献，包括模拟复杂的凝聚态系统，以及帮助解决量子化学中的电子结构问题。然而，为了确保量子计算是值得信赖的——即对环境噪声和错误操作具有鲁棒性——我们需要能够在错误破坏信息之前检测并纠正错误。我们特别需要一种量子纠错码——一种量子信息的冗余编码以及一种检测和纠正错误的策略。理想情况下，这种代码应该考虑到底层硬件的限制，并以最低限度的额外资源成本为代价。
AdS/CFT 对应和量子误差校正
在经典计算中，位翻转错误发生的概率很小，可以使用冗余编码的思想来纠正，即将一个逻辑位编码为多个物理位，然后取逻辑位中出现次数最多的物理位来恢复逻辑位。例如，如果我们用 000 编码 0 并且发生一个错误，那么 100、010 或 001 将允许我们恢复 0。与经典纠错相比，量子纠错面临三大挑战。首先，不可克隆定理指出量子态无法复制，因此不能直接应用冗余编码。其次，任何测量都会破坏量子态的叠加。最后，除了离散的位翻转错误之外，量子态还存在连续错误，例如相移一定角度。事实上，这些挑战是可以克服的，某些错误可以通过量子纠错码 (QECC) 来纠正。QECC 定义了从 k 个逻辑量子位到 n 个物理量子位的映射。
线性量子光学的稳健 W 状态编码
错误检测和纠正是任何可扩展量子计算架构的必要先决条件。鉴于量子系统中不可避免地存在不必要的物理噪声，并且错误容易随着计算的进行而扩散，计算结果可能会受到严重破坏。无论选择哪种物理实现，这一观察结果都适用。在光子量子信息处理的背景下，人们对包括玻色子采样在内的被动线性光学量子计算产生了浓厚的兴趣，因为这种模型通过快速、主动控制消除了前馈的极具挑战性的要求。也就是说，这些系统在定义上是被动的。在通常情况下，错误检测和纠正技术本质上是主动的，这使得它们与该模型不兼容，这引起人们的怀疑，即物理错误过程可能是一个难以逾越的障碍。这里我们探索了一种基于光子量子比特 W 状态编码的光子误差检测技术，该技术完全是被动的、基于后选择的，并且与这些近期感兴趣的光子架构兼容。我们表明，这种 W 状态冗余编码技术能够通过简单的扇出式操作抑制光子量子比特上的失相噪声，该操作由光学傅里叶变换网络实现，现在可以轻松实现。该协议有效地将失相噪声映射到预兆故障，在理想的无噪声极限下故障概率为零。我们在单个光子量子比特通过嘈杂通信或量子存储通道的背景下提出我们的方案，该方案尚未推广到更一般的全量子计算背景。
![arXiv:2012.14270v1 [quant-ph] 2020 年 12 月 16 日](/simg/g:\will\search\icon\source\b\b8e3cb545ca215da73e4009143036643975abaad.webp)
arXiv:2012.14270v1 [quant-ph] 2020 年 12 月 16 日
随着量子算法现在可以在多个物理系统上运行，量子计算已进入一个引人注目的科学时代。至关重要的是，构建者可以获得有关如何最好地组装一台功能齐全的量子计算机的反馈，从而制定量子系统工程策略。尽管在量子霸权实验[1]（一个精心设计的问题）中，量子计算能力已经超过了经典超级计算机，但科学家仍在寻找通用算法的计算优势[2]。这种进步受到当今系统的噪声和退相干的限制。因此，一个主要的研究领域是开发纠错量子计算机，其中噪声通过量子比特信息的冗余编码进行测量和校正，类似于经典纠错。表面代码目前是量子纠错的主要方法[3，4]，但一个严峻的挑战是每个逻辑量子位需要 1000 个物理量子位的巨大开销[5]。了解扩展到大型量子计算机的实用架构和途径目前是一个基本问题。尽管人们可以想象使用集成电路制造技术可以制造出多大的芯片，但一个严重的问题是如何控制大量的量子比特；对于一个经典的难解问题，估计有 100 k - 1 M 个量子比特 [6, 7]，假设门错误率为 ∼ 0.1% [5]。在这里，我讨论了量子比特控制系统所需的信息复杂性。主要思想是，为了使现有系统达到较小的量子比特误差，控制需要许多参数。通过调整这些参数可以校准量子计算机。例如，在量子霸权实验中，每个量子比特设置了 100 多个参数。因此，如此大量的控制参数意味着需要大量信息才能正确操作每个量子比特并降低错误率。这些信息可以存储为参数，也可以存储为要发送到量子比特的波形。无论控制系统的设计如何，在实现这种精细调节的控制时都必须具有合理的复杂性、体积和成本。这与典型的经典系统形成了鲜明的对比，在经典系统中，晶体管只是简单地连接到电源。为了将控制系统连接到量子比特，连接和控制似乎合理