基于光网络离子阱模块的容错量子计算的多路复用双层实现

我们研究了一种基于光网络离子阱模块的容错测量式量子计算(FT-MBQC)架构。该架构使用有限数量的模块和每个模块中的离子实现，利用光子相互作用在模块间生成远程纠缠，并利用局域库仑相互作用实现模块内纠缠门。我们专注于生成受拓扑保护的Raussendorf-Harrington-Goyal (RHG)晶格簇态，该态已知对晶格键失效和量子比特噪声具有鲁棒性，其中模块充当晶格位点。为确保远程纠缠生成速率超过RHG晶格的键失效容错阈值，我们采用了空间和时间多路复用。对于实际的系统时序参数，我们估计了RHG晶格的码周期时间以及双层实现所需的离子资源，其中模块数量与两个晶格层中的位点数量匹配，并且量子比特在测量后重新初始化。对于模块间的大距离，我们在位点之间加入量子中继器，并分析了在累积资源需求方面的优势。最后，我们推导并分析了所提出架构中RHG晶格生成的量子比特噪声容错阈值不等式，该不等式考虑了来自各种来源的噪声。这包括由于有限光学探测效率、有限可见度和暗计数导致的光子介导的模块间远程纠缠生成引起的退极化噪声，以及来自不完美门和测量、以及随时间变化的记忆退相干的噪声。因此，我们的工作强调了在当今领先的量子比特平台——离子阱中实现分布式FT-MBQC所需的硬件和信道阈值要求。