面向容错量子计算的大块码辅助态的高效制备

使用多比特大块码的容错量子计算（FTQC）方案可在很大程度上降低资源开销。一个主要障碍是需要大量不同类型的无块内相关误差的干净辅助态。这些辅助态通常是数据码块的逻辑稳定子态，若码规模较大则通常难以制备。我们此前曾提出一种利用经典纠错码为 Calderbank-Shor-Steane (CSS) 码制备辅助态的提纯协议。该协议假设提纯电路中的量子门是完美的；然而在现实中，含噪量子门可能会引入协议无法处理的相关误差。在本文中，我们表明可以通过另一个经典检错码施加额外的后选择来消除几乎所有相关误差。因此，改进后的协议是完全容错的，能够制备足够多用于使用大块码的 FTQC 的稳定子态。同时，对于 $[[n,k,d=2t+1]]$ CSS 码，在实践中产率可从 $O(t^{-2})$ 提升至 $O(1)$。本文通过蒙特卡洛模拟对 $[[23,1,7]]$ 量子 Golay 码的辅助态制备进行了详细的数值研究。结果验证了在门故障率足够低时该协议的有效性。据我们所知，该方法是以容错且高效的方式制备无相关误差的通用大块稳定子态用于 FTQC 的首次尝试。