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芯片级灾难性错误的分布式量子纠错
引言。对外部噪声的极端敏感性是构建和操作大规模量子装置的主要障碍之一。量子误差校正（QEC）通过在更大的空间中编码量子信息来解决这一问题，以便可以检测和纠正错误（例如，参见参考文献 [1]（第 10 章）和参考文献 [2]）。现有的 QEC 方案主要关注局部和不相关的错误（或具有有限范围相关的错误），例如参见 [3,4]。然而，例如由于与玻色子浴的耦合 [5 – 7] ，长程关联会对 QEC 的性能产生负面影响 [8,9] 。最近有研究表明，宇宙射线事件 (CRE) 会在超导量子比特中引起灾难性的关联误差 [10 – 13]。高能射线撞击后，会产生声子并在基底中扩散。这些声子随后在超导材料中形成准粒子，进而引起量子比特衰变 [12] 。尽管这些事件很少见，但它们的影响却是毁灭性的，因为它们会导致芯片中所有量子比特发生快速相关弛豫（ T 1 误差），从而基本上擦除编码的量子信息 [12] ，这对于可能需要数小时的长时间计算任务尤其有害 [14] 。此外，CRE 的不利影响不仅限于超导量子比特。半导体自旋量子比特 [15] 和基于马约拉纳费米子的量子比特 [16,17] 也分别受到由 CRE 引起的电荷噪声和准粒子中毒的影响。一种针对系统减少 CRE 影响的方法是改变设备的设计，例如，引入声子和准粒子陷阱 [18 – 20] 并增强设备中的声子弛豫 [17] 。在本信中，我们采用不同的方法，使用分布式纠错方案来检测和纠正
从任意经典代码构建量子代码并将它们嵌入局部汉密尔顿空间
实现鲁棒的量子纠错 (QEC) 对于发挥量子技术的潜力至关重要。我们引入了一个框架，该框架可以采用任何经典代码并明确构建相应的 QEC 代码。我们的框架可以看出是 CSS 代码的推广，并且超越了稳定器形式主义（图 1）。一个具体的优势是，经典代码的理想属性会自动纳入到生成的量子代码的设计中。我们通过各种例子来具体化该理论，其中一些例子优于以前最好的构造。然后，我们引入一个局部量子自旋链哈密顿量，我们对其基本空间进行了完全解析表征。我们利用我们的框架来证明基本空间包含具有线性距离的显式量子代码。这避开了 Bravyi-Terhal 不可行定理。
核自旋和光钟量子比特的混合原子镊子阵列
虽然具有长相干时间的数据量子比特对于量子信息的存储至关重要，但辅助量子比特对于容错量子计算的量子纠错 (QEC) 至关重要。光镊阵列的最新发展，例如大规模量子比特阵列的制备和高保真门操作，为实现 QEC 协议提供了潜力，而下一个重要挑战之一是控制和检测辅助量子比特，同时尽量减少原子损失和串扰。在这里，我们介绍了由双同位素镱 (Yb) 原子阵列组成的混合系统的实现，其中我们可以利用费米子 171 Yb 的核自旋量子比特作为数据量子比特，利用玻色子 174 Yb 的光时钟量子比特作为辅助量子比特，具有无损量子比特读出能力。我们评估了量子比特之间的串扰对 174 Yb 成像光的核自旋量子比特相干性的影响。对于 174 Yb 的 Hahn 回波序列，使用 399 nm 探针和 556 nm 冷却光束，我们观察到在 20 ms 曝光下保留了 99.1 (1.8)% 的相干性，产生了 0.9992 的鉴别保真度和 0.988 的生存概率。使用 556 nm 探测光束的 Ramsey 序列对相干性的影响可以忽略不计，这表明未来低串扰测量可能会有所改善。这一结果凸显了混合 Yb 原子阵列在基于辅助量子比特的 QEC 协议的中路测量中的潜力。
自动架：用于在量子计算中实现有效的表面代码通信的框架
量子计算机可以使用最强大的古典计算机解决难以纠缠的问题。但是，Qubits是善变的，容易出错。有必要在执行量子电路中积极纠正错误。量子误差校正（QEC）代码是为了启用易于故障的量子计算的。使用QEC，将一个逻辑电路转换为编码电路。大多数关于量子电路汇编的研究都集中在具有10-100吨且不容忍断层的NISQ设备上。在本文中，我们专注于易于故障量子硬件的汇编。特别是，我们专注于优化基于表面代码QEC的通信并行性。表面代码电路的执行涉及对大型纠缠物理量子晶格的非平凡的几何操纵。表面代码中的两个Qubit Gate在时空中以虚拟“管道”的形式实现，称为编织路径。应仔细路由编织路径以避免交通拥堵。Qubits之间的通信被认为是主要的瓶颈，因为它涉及调度和寻找量子位之间的同时路径。我们提供了有效安排编织路径的框架。我们发现，对于具有局部并行性模式的量子程序，我们的框架是一个最佳解决方案，而以前的基于贪婪的 - 基于贪婪的解决方案则不能。此外，我们建议扩展到局部并行分析框架，以解决通信框架。我们的框架在解决了通信瓶颈后取得了数量级的改善。
用嵌入式误差校正靶向分子量子记忆
进行高delity的复杂算法所需的。 28分子可以具有显着优势。 在经典计算中，误差校正可以使用冗余；信息被多次存储，然后期望并非所有“位”都会同时丢失信息，从而防止错误。 这在量子信息处理器中是不可能的。 QEC代码的标准方法是由于Shor，29，并将量子信息传播到涉及多个物理码头的纠缠状态，即 多个两级系统，例如S¼1/2超导Qubits。 如果核旋转量子数i> 1，则QEC作为单个分子可能包含许多纠缠水平的分子可能包含许多纠缠水平。 有许多分子可以进行，例如铜在两个丰富的同位素中均具有I¼3/2。 这可能是一个变革性的优势。 在这里，我们描述了一个超分子系统，该系统既包含基于电子旋转的处理器，又有一个孤立的，误差保护的核记忆，具有很长的连贯性，以及在两个子单位之间交换信息的能力（图。28分子可以具有显着优势。在经典计算中，误差校正可以使用冗余；信息被多次存储，然后期望并非所有“位”都会同时丢失信息，从而防止错误。这在量子信息处理器中是不可能的。QEC代码的标准方法是由于Shor，29，并将量子信息传播到涉及多个物理码头的纠缠状态，即多个两级系统，例如S¼1/2超导Qubits。如果核旋转量子数i> 1，则QEC作为单个分子可能包含许多纠缠水平的分子可能包含许多纠缠水平。有许多分子可以进行，例如铜在两个丰富的同位素中均具有I¼3/2。这可能是一个变革性的优势。在这里，我们描述了一个超分子系统，该系统既包含基于电子旋转的处理器，又有一个孤立的，误差保护的核记忆，具有很长的连贯性，以及在两个子单位之间交换信息的能力（图1）。基于此类平台的量子硬件将
提高量子误差校正的变异量子算法的速度
我们考虑为作用在量子电路上的通用量子噪声设计合适的量子误差校正程序（QEC）程序的问题。通常，没有分析通用程序来获得编码和校正统一门，如果噪声未知并且必须重建噪声，问题甚至更难。现有过程依赖于变分的量子算法（VQA），并且由于成本函数的梯度的大小随量子数而衰减，因此很难训练。我们使用基于量子1（QW 1）的量子Wasserstein距离的成本函数来解决此问题。在量子信息处理中通常采用的其他量子距离方面，QW 1缺少单一不变性属性，这使其成为避免被困在本地最小值中的合适工具。专注于一个简单的噪声模型，该模型已知确切的QEC解决方案，并且可以用作理论基准，我们进行了一系列数值测试，这些测试表明如何通过QW 1指导VQA搜索，确实可以显着提高成功培训的可能性，并在使用恢复状态的情况下，以实现的态度来实现会议的方法。
超导腔双轨编码
设计能够减少和减轻错误的量子硬件对于实用的量子纠错 (QEC) 和有用的量子计算至关重要。为此，我们引入了电路量子电动力学 (QED) 双轨量子比特，其中我们的物理量子比特被编码在两个超导微波腔的单光子子空间 {| 01 ⟩ , | 10 ⟩} 中。主要的光子损失误差可以被检测到并转换成擦除误差，这通常更容易纠正。与线性光学相比，双轨代码的电路 QED 实现提供了独特的功能。每个双轨量子比特仅使用一个额外的 transmon ancilla，我们描述了如何执行一组基于门的通用操作，其中包括状态准备、逻辑读出以及可参数化的单量子比特和双量子比特门。此外，腔体和传输器中的一阶硬件错误可以在所有操作中被检测到并转换为擦除错误，留下数量级较小的背景泡利错误。因此，双轨腔量子比特表现出良好的错误率层次，预计在当今相干时间下的性能远低于相关的 QEC 阈值。
使用同时吸收栅极吸收的最佳量子映射
摘要 - 在实现量子误差校正（QEC）之后，Quantum计算机专注于嘈杂的中间尺度量子（NISQ）应用。与需要QEC的众所周知的量子算法（例如Shor's或Grover的算法）相比，NISQ应用具有不同的结构和属性，可以利用编译。编译的关键步骤是将程序中的Qubits映射到给定量子计算机上的物理Qubit，这已被证明是一个难题。在本文中，我们提出了OLSQ-GA，这是一种最佳的量子映射器，具有同时交换闸门吸收期间的关键特征，我们表明这是NISQ应用程序非常有效的优化技术。与其他最先进的方法相比，量子近似优化算法（QAOA）是一个重要的NISQ应用，OLSQ-GA可将深度降低高达50.0％，将深度降低100％，这转化为55.9％的法律改善。OLSQ-GA的溶液最优性是通过精确的SMT公式实现的。为了获得更好的可伸缩性，我们以初始映射或交替匹配的形式增强了方法，从而使OLSQ-GA加快了272倍的速度，而没有最佳损失。
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杂质[lnln'ln]灯笼型复合物作为具有嵌入式量子误差校正
量子误差校正（QEC）是必须实现可扩展的量子计算体系结构1超出当前中间尺度噪声设备的功能的强制性。2 - 6的确，由于量子计算机与环境噪声的不可避免的相互作用，叠加状态本质上是脆弱的且容易出错的。QEC算法基于将单个逻辑量子置于多个物理对象中的编码，从而使该平台的实现和控制非常苛刻。在这方面，分子纳米磁铁（MNM）是一种特别有吸引力的材料类。7 - 10每个分子可以容纳几个可区分的量子，并具有化学定制的磁相互作用11-16，并且可以显示出非常长的相干时间。17 - 27此外，它们可以通过射频26,28,29和电子顺磁共振（EPR）脉冲来表征和操纵，这些脉冲（EPR）脉冲解决了不同的过渡，即使在表面上的单个原子上也已经探究了30个。31这里，我们建议利用这些特殊性以嵌入受保护的逻辑单元
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杂质[lnln'ln]灯笼型复合物作为具有嵌入式量子误差校正
量子误差校正（QEC）对于实现可扩展的量子计算体系结构1的实现是必须的，超出了当前中等规模噪声设备的功能。2 - 6的确，由于量子计算机与环境噪声的不可避免的相互作用，叠加状态本质上是脆弱的且容易出错的。QEC算法基于将单个逻辑量子置于多个物理对象中的编码，从而使该平台的实现和控制非常苛刻。在这方面，分子纳米磁铁（MNM）是一种特别有吸引力的材料类。7 - 10每个分子可以容纳几个可区分的量子，并具有化学定制的磁相互作用11-16，并且可以显示出非常长的相干时间。17 - 27此外，它们可以通过射频26,28,29和电子顺磁共振（EPR）脉冲来表征和操纵，这些脉冲（EPR）脉冲解决了不同的过渡，即使在表面上的单个原子上也已经探究了30个。31这里，我们建议利用这些特殊性以嵌入受保护的逻辑单元