交错：容错光量子计算的模块化架构
量子物理
2021-03-17 v1
摘要
有用的容错量子计算机需要非常大量的物理量子比特。量子计算机常被设计为执行门和测量的静态量子比特阵列。光量子比特需要不同的方法。在基于光子融合的量子计算（FBQC）中，主要硬件组件是通过波导和开关连接的资源态生成器（RSGs）和融合设备。RSGs产生少量光子量子比特的小纠缠态，而融合设备在不同资源态之间执行纠缠测量，从而执行计算。此外，诸如光纤之类的低损耗光子延迟可作为固定时间量子存储器，同时存储数千个光子量子比特。在此，我们提出了一种用于FBQC的模块化架构，其中这些组件被组合成“交错模块”，每个模块由一个RSG及其关联的融合设备和若干光纤延迟构成。利用延迟的倍增能力，每个模块可向计算希尔伯特空间添加数千个物理量子比特。模块网络是通用的容错量子计算机，我们以表面码和晶格手术作为指导性示例进行了演示。我们的数值分析表明，在包含1公里长光纤延迟的模块网络中，每个RSG可生成四个逻辑距离-35表面码量子比特，同时容忍高于2%的光子损耗率以及光纤延迟损耗。我们阐明了交错与 nonlocal（非局域）光纤连接的进一步使用相结合如何降低逻辑操作的成本，并便于实现非常规几何结构，如周期边界或星化表面码。交错不仅适用于纯光学架构，也可将许多具有向光子转导的小型断开物质量子比特设备转变为大规模量子计算机。
引用
@article{arxiv.2103.08612,
title = {Interleaving: Modular architectures for fault-tolerant photonic quantum computing},
author = {Hector Bombin and Isaac H. Kim and Daniel Litinski and Naomi Nickerson and Mihir Pant and Fernando Pastawski and Sam Roberts and Terry Rudolph},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.08612},
year = {2021}
}