高连通性器件上的基于测量的容错量子计算：迈向早期容错量子计算的资源高效方法

我们提出了一种适用于高连通性平台（如囚禁离子和中性原子）的基于测量的容错量子计算（MB-FTQC）架构。其核心思想是使用经过验证的逻辑辅助态结合 Knill 纠错传态，消除重复的综合征测量并将解码简化为逻辑 Pauli 校正，从而保持较低的经典开销。为适应近期器件的规模，我们给出了在电路级去极化噪声下进行基准测试的两种实现方案：(i) 使用模拟 $R_Z(\theta)$ 旋转的 Steane 码版本，类似于 STAR 架构 [Akahoshi et al., PRX Quantum 5, 010337]，旨在具有数千个量子比特的器件上实现 megaquop 量级（约 $10^6$ 个 $T$ 门）；以及 (ii) 具有高阶零级魔法态蒸馏的 Golay 码版本，旨在具有数万个量子比特的器件上实现 gigaquop 量级（约 $10^9$ 个 $T$ 门）。在物理错误率 $p=10^{-4}$ 下，Steane 路径支持 $5\times 10^{4}$ 次逻辑 $R_Z(\theta)$ 旋转，对应于约 $2.4\times 10^{6}$ 个 $T$ 门，从而实现 megaquop 规模的计算。使用约 $2{,}240$ 个物理量子比特，其可实现 $\log_{2}\mathrm{QV}=64$。Golay 路径支持超过 $2\times 10^{9}$ 个 $T$ 门，可实现 gigaquop 规模的计算。这些结果表明，我们的架构能够在近期高连通性硬件上实现实用的大规模量子计算，而无需依赖资源密集的表面码或复杂的码串联。