利用离散变量辅助比特实现玻色量子比特的容错操作

玻色量子比特的容错量子计算往往需要使用含噪声的离散变量辅助比特。在这项工作中，我们为这种混合系统建立了一个全面且实用的容错框架，并通过结合玻色量子纠错（QEC）与先进量子控制技术将其与容错协议相综合。我们利用基于广义路径无关量子控制（GPI）变体的辅助比特辅助玻色操作，引入了纠错门电路的 essential 构建模块。利用这些构建模块，我们构造了一组通用纠错门电路，可对四足猫量子比特容忍单次光子丢失和任意辅助比特故障。值得注意的是，我们的构造仅需要玻色模式与辅助比特之间的色散耦合，以及玻色模式之间的分束器耦合，二者均已在实验中以强耦合强度和高精度得到演示。此外，每个纠错玻色量子比特仅由一个玻色模式和一个三能级辅助比特组成，在全容错设定下展现了玻色 QEC 的硬件高效性。我们使用电路 QED 平台中当前实验参数数值演示了方案的可行性。最后，我们提出了一种硬件高效的容错量子计算架构，通过将四足猫量子比特与外层的仅利用分束器耦合的量子比特码级联。我们的估计表明，利用现有硬件即可达到总体噪声阈值。这些开发的容错方案不仅限于四足猫量子比特，也可适用于其他旋转对称码，为可扩展且鲁棒的玻色量子比特量子计算提供了一条有前景的途径。