在容错量子电路中最小化代码切换操作的数量
量子物理
2025-12-05 v1
摘要
容错量子计算机依赖于量子误差纠错码(QECC)来保护信息免受噪声影响。然而，没有单一的纠错码支持完整的横向实现，从而无法容错地实现所有必需用于通用量子计算的门。代码切换通过在不同支持通用门集的不同代码之间移动量子信息来解决这一限制。不幸的是，每一次切换都会带来昂贵的代价——增加时间和空间开销，并提高逻辑错误率。因此，最小化切换操作的数量对于使用代码切换的量子计算至关重要。在本工作中，我们研究了最小化运行给定量子电路所需代码切换次数的问题。我们表明，这一问题可通过将其归约为从电路派生的图上的最小割实例来高效求解。我们的表述是灵活的，可以包含其他考虑因素，例如通过优先选择空闲期间的切换来减少深度开销，或偏向选择一个代码而非另一个。据我们了解，这是首个针对基于代码切换的量子计算在逻辑层面进行自动化编译和优化的方法。
引用
@article{arxiv.2512.04170,
title = {Minimizing the Number of Code Switching Operations in Fault-Tolerant Quantum Circuits},
author = {Erik Weilandt and Tom Peham and Robert Wille},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.04170},
year = {2025}
}