用于可扩展、硬件高效量子纠错的混合猫-传输子架构

耗散猫量子比特是一个有前景的量子计算物理平台，因为它们的大噪声偏置可以实现更硬件高效的量子纠错。在这项工作中，我们从理论上研究了一种混合猫-传输子量子计算架构的长期前景，其中耗散猫量子比特扮演数据量子比特的角色，而错误综合征则使用辅助的传输子量子比特进行测量。猫量子比特的噪声偏置使得量子纠错更加硬件高效，而使用传输子则允许进行实用、高保真度的综合征测量。虽然最近在实验中已经展示了使用重复码纠正主要的猫Z错误，但在这里我们展示了该架构如何扩展到重复码之外。具体来说，我们提出了一种猫-传输子纠缠门，它能够在薄矩形表面码中纠正残余的猫X错误，从而可以通过增加码距来任意抑制逻辑错误。我们数值估计了逻辑存储性能，发现与无偏置噪声的架构相比，开销显著降低。例如，使用当前最先进的相干性，可以实现$10^{-3}$的物理错误率和$10^{3} - 10^{4}$范围内的噪声偏置。在这种性能水平下，使用猫-传输子架构达到算法相关逻辑错误率所需的量子比特开销，与物理错误率在$10^{-5} - 10^{-4}$范围内的无偏置噪声架构的开销相当。