谷歌实现100 倍改进的量子错误抑制

在嘈杂的中型量子 (NISQ) 计算机时代,错误缓解可能是实现实用量子计算的最大挑战和障碍。上周,谷歌报告说有望在其 54 量子位 Sycamore 量子处理器上使用所谓的“稳定器代码”来抑制错误。谷歌研究人员报告说,最近发表在 Nature Communications 上的工作将每轮需要纠正的错误数量减少了 100 倍。

由Charles Q. Choi撰写的一篇文章称,今天发布在 IEEE Spectrum 上。这段摘录很好地解决了这个问题:“除了构建物理上不易出错的量子位之外,科学家们还希望使用稳定器代码来补偿高错误率。这种策略以一种可以检测和纠正错误的方式将量子信息分布在许多量子位上。然后,这些“数据量子位”的集群都可以算作一个有用的“逻辑量子位”。”

经常听到研究人员推测需要数千(或更多)物理量子位来创建单个纠错逻辑量子位。毫不奇怪,找到有效抑制错误的方法是一个热门研究领域。

谷歌论文的摘要(带循环纠错的位或相位错误的指数抑制)是对这项工作的一个很好的总结:

“实现量子计算的潜力需要足够低的逻辑错误率。许多应用要求错误率低至 10 -15,但最先进的量子平台通常具有接近 10 -3 的物理错误率。量子纠错有望通过在许多物理量子位之间分配量子逻辑信息来弥合这种分歧,从而可以检测和纠正错误。随着物理量子位数量的增加,编码逻辑量子位状态上的错误可以被指数抑制,前提是物理错误率低于某个阈值并且在计算过程中保持稳定。

“在这里,我们在超导量子位的二维网格中实现了一维重复代码,这些代码表现出对位翻转或相位翻转错误的指数抑制,当增加量子位的数量时,每轮的逻辑错误减少了 100 多倍。 5 到 21。至关重要的是,这种错误抑制在 50 轮纠错后是稳定的。我们还介绍了一种高精度分析误差相关性的方法,使我们能够在执行量子误差校正的同时表征误差局部性。最后,我们在同一设备上使用二维表面码对一个小的逻辑量子位进行误差检测,并表明一维和二维码的结果与使用简单去极化误差模型的数值模拟一致。

在 IEEE Spectrum 的文章中,谷歌研究员和论文的资深作者 朱利安凯利 说:“这项工作似乎通过实验验证了纠错方案可以像宣传的那样扩大规模的假设。” 这对量子计算社区来说是个好消息。

在这项研究中,研究人员使用了:“一个 Sycamore 量子处理器,由 54 个超导传输量子位和 88 个可调谐耦合器组成,呈二维阵列。量子位的可用工作频率范围为 5 GHz 至 7 GHz。耦合器能够在 0 MHz 和 40 MHz 之间调整量子位-量子位耦合,从而实现快速纠缠门,同时减少不需要的杂散相互作用。Sycamore 处理器中的量子位和耦合器是使用铝金属化和铝/氧化铝约瑟夫森结制造的。铟凸点键合用于将包含控制电路的芯片连接到包含量子位的芯片。然后将混合设备引线键合到超导电路板上,并在稀释冰箱中冷却至 20 mK 以下。”

IEEE 文章链接:https : //spectrum.ieee.org/tech-talk/computing/hardware/googles-quantum-computer-exponentially-suppress-errors

Nature论文链接:https : //www.nature.com/articles/s41586-021-03588-y

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