超导量子比特上 Pauli 帧随机化的实验演示

基于不完美量子比特的量子计算之前景，依赖于量子计算系统通过纠错与容错廉价扩展的能力。尽管容错对量子比特错误的性质要求相对温和，但与纯随机马尔可夫错误相比，相干与非马尔可夫错误相关的开销可能高出数个量级。应对该挑战的一个方案是对感兴趣线路进行随机化，将错误塑造成随机 Pauli 错误，同时不影响总体计算。该随机化技术还可抑制与非马尔可夫演化相关的慢自由度耦合。在此，我们在超导电路系统中演示 Pauli 帧随机化的实现，利用灵活的编程与控制基础设施以低代价达成。我们使用高精度门集层析（gate-set tomography）详细刻画含与不含随机化过程时线路错误的性质，从而能对马尔可夫性以及观测错误的性质作出严格陈述。我们证明随机化将非马尔可夫演化的特征抑制到统计不显著水平，使马尔可夫模型违背从 $43\sigma$ 到 $1987\sigma$ 降至随机化下 $0.3\sigma$ 到 $2.7\sigma$ 之间的违背。此外，我们证明在随机化下，实验错误可由 Pauli 错误模型很好描述，其模型违背同样不显著（介于 $0.8\sigma$ 与 $2.7\sigma$ 之间）。重要的是，所有这些模型精度的提升均未造成保真度退化，且按金刚石范数（diamond norm）量化的一些错误率有所改善。