如何通过局域操作容错地实现任意量子电路

我们展示了如何通过几何局域量子操作和高效经典计算，实现涉及任意量子比特对之间门操作的通用量子电路。我们证明了模拟我们推导方案不完备实现的电路级局域随机噪声，等价于原始电路中的局域随机噪声。我们的构造导致量子电路深度增加一个常数因子，并在量子比特数量上产生多项式开销：为了在 $n$ 个量子比特上执行任意量子电路，我们给出了一个涉及 $O(n^{3/2} \log^3 n)$ 个量子比特的 3D 量子容错架构，以及一个使用 $O(n^2 \log^3 n)$ 个量子比特的准 2D 架构。应用于最近的容错构造，这为具有局域操作、多项式量子比特开销和准多对数深度开销的通用量子计算提供了容错阈值定理。更一般地说，我们的变换消除了在设计容错量子信息处理方案时考虑操作局域性的需要。