面向量子纠错码的容错状态准备电路的自动合成

容错量子算法的核心要素之一是从一组噪声量子比特上初始化给定量子纠错码的逻辑状态。一个已在当前硬件可实现的小型代码实例上取得良好结果的方案，是组合非容错状态准备步骤与检查扩散错误的验证步骤。已知的此类方案电路大多数是手动获得的，且不存在用于构造深度或门最优电路的算法技术。因此，当前的研究成果仅用于特定的代码实例，主要针对距离为 3 的代码的特殊情况。本文提出一种用于任意 CSS 码的容错状态准备电路的自动化方法。我们利用基于满意度求解 (SAT) 技术的方法，构建由深度和门数最优的准备和验证电路组成的容错状态准备电路。我们还提供了若干启发式方法，可在时间足够充足的情况下合成不可最优的容错状态准备电路。此外，我们给出一种超出距离 3 的非确定性状态准备电路的通用构造。数值评估表明，d=3 和 d=5 的代码生成的电路表现出所需的逻辑误差率缩放。最终的方法作为 Munich Quantum Toolkit (MQT) 的一部分公开于 https://github.com/cda-tum/mqt-qecc。这些方法是为提供能够助力近期容错量子计算演示的容错电路构造的重要一步。