基于2.5D架构的高性能可扩展容错量子计算

由于量子比特的高错误率，对其进行错误检测和纠正是实现容错量子计算（FTQC）所必不可少的。在多种FTQC技术中，基于surface code（SC）的lattice surgery（LS）目前备受推崇。为尽早实现实际量子优势，必须基于对特定FTQC方案的详细分析，提出一种高性能且开销低的FTQC架构。本研究首先对影响LS-based FTQC性能的因素（即危险）进行分类，并提出一种性能评估方法论，通过类似CPI栈的方式分解每个危险的影响。我们提出了基于所提议评估方法论进行瓶颈分析后的Bypass架构。所提出的Bypass架构是一种2.5维架构，由密集和稀疏量子比特层组成，成功消除了瓶颈，从而实现了高性能和可扩展的LS-based FTQC。我们使用电路级稳定器模拟器和周期精确的LS模拟器对所提议架构进行评估，针对实际的量子相位估计算问题。结果表明，Bypass架构提高了FTQC的保真度，并在容量较小的2D架构之上实现了1.73倍的加速和约17%的经典/量子硬件资源减少。