从代码切换实现高保真逻辑魔态的实验演示

高保真逻辑魔态的准备一直是构建大规模容错量子计算机的必要但艰巨步骤。一种方法是对一个代码中的魔态进行容错准备，然后切换到另一个代码，称为代码切换。我们在离子阱量子处理器上实验演示了该协议，获得了以最新逻辑保真度编码的逻辑魔态。我们的实验基于首次在彩色代码之间进行代码切换，从十五量子比特的量子 Reed-Muller 码切换到七量子比特的 Steane 码。我们以 $82.58\%$ 的概率在 Steane 码中准备编码魔态，其不完整度最多为 $5.1(2.7) \times 10^{-4}$。报告的不完整度比协议中所用物理操作的最高不完整度低至少一个数量级，表明该量子处理器已低于伪阈值。此外，我们在同一量子处理器中创建两个魔态副本，并对其进行逻辑 Bell 基测量，以实现对编码魔态的样本高效认证。这种高保真度的魔态可以与已演示的容错 Clifford 门、状态准备和测量2D彩色码相结合，完成一个在逻辑错误率等于或优于物理双量子比特错误率的通用容错计算原语集合。