定制化表面码的改进电路噪声解码与脆弱边界

充分释放量子计算的潜力需要量子纠错（QEC），而最近大多数 QEC 的突破性演示都使用了表面码。QEC 码使用多个含噪物理量子比特将信息编码到较少的逻辑量子比特中，从而通过解码过程识别错误。该过程提高了逻辑保真度（或准确性），使计算更加可靠。然而，大多数快速（高效运行时）解码器忽略了重要的噪声特性，从而降低了其准确性。在本工作中，我们引入了既快速又准确的解码器，并且可以与包括表面码在内的广泛 QEC 码一起使用。我们的解码器名为 belief-matching 和 belief-find，利用了所有噪声信息，从而解锁了更高准确性的 QEC 演示。以表面码阈值为性能指标，我们观察到我们的解码器在 0.94% 的错误概率下达到阈值，优于标准最小权重完美匹配解码器 0.82% 的阈值。我们还在针对偏置噪声模型定制的码的理论案例研究中测试了我们的 belief-matching 解码器。我们发现，相对于标准的方形表面码，该解码器在定制表面码中导致了更高的阈值和更低的量子比特开销。令人惊讶的是，在远低于阈值的区域，矩形表面码变得比定制表面码更具资源效率，这是由于一种我们称之为“脆弱边界”的此前未被注意到的现象。我们的解码器在阈值和准确性方面优于所有其他快速解码器，在当前的量子纠错实验中实现了更好的结果，并为理论案例研究开辟了新领域。