面向表面码格阵手术的协同设计超导架构及量子接口路由卡
量子物理
2023-12-05 v1
摘要
为了促使逻辑量子比特错误率低于物理量子比特错误率，纠错有望在量子计算机的规模化中发挥重要作用。尽管许多算法需要数百万个物理量子比特才能在纠错下执行，但目前的超导量子比特系统仅包含数百个物理量子比特。超导量子比特平台上最有前景的码之一是表面码，它需要现实可达到的错误阈值，并具备通过格阵手术和魔态注入执行局部操作以实现通用容错量子计算的能力。表面码架构很容易推广到单芯片平面布局，但空间和控制硬件约束限制了单个芯片上可容纳的量子比特数量。此外，单芯片架构上的平面路由会导致交换门串行化，以及由大型辅助补丁引起的经典解码压力。如果能够优化芯片间门、管理芯片间网络中的冲突并最小化路由硬件成本，利用表面码的分布式多芯片架构有望解决这些问题。我们提出了 QuIRC，这是一种超导量子接口路由卡，用于单个稀释制冷机内部表面码模块之间的格阵手术。QuIRC 通过允许连接多个模块来改善扩展性，增加表面码格阵的辅助连通性，并提供改进的基于 Pauli 的表面码电路转译。QuIRC 采用原位纠缠对生成协议进行通信。我们基于超导硬件制造约束探索了 QuIRC 的潜在拓扑布局，并证明与单芯片情况相比，辅助补丁大小最多减少了 77.8%，层转译大小减少了 51.9%。
引用
@article{arxiv.2312.01246,
title = {Co-Designed Superconducting Architecture for Lattice Surgery of Surface Codes with Quantum Interface Routing Card},
author = {Charles Guinn and Samuel Stein and Esin Tureci and Guus Avis and Chenxu Liu and Stefan Krastanov and Andrew A. Houck and Ang Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.01246},
year = {2023}
}