面向超导器件辐射事件的表面代码效能分析

可靠性是开发大规模量子计算机的基本要求。由于量子比特稳定性的技术进步正逐渐趋于饱和，算法解决方案如量子纠错（QEC）码已成为弥合可靠计算鸿沟的必要手段。不幸的是，首批量子计算机的部署已识别出由自然辐射引起的故障，这是对量子比特可靠性的额外威胁。量子比特对辐射的高度敏感性阻碍了量子计算机的大规模采用，因为故障的持续时间和作用范围可能削弱最先进QEC的有效性。本文研究了各种表面代码实现对辐射引起故障的韧性。我们报告了超过4000万次故障注入的数据，并将硬件故障与解码后观察到的逻辑错误相关联，推导出物理错误率与逻辑错误率的关系。我们比较了代码在不同距离、物理比特数量及其在QEC中的作用、量子计算机拓扑结构以及粒子能量在芯片上的分布下的辐射引起的逻辑错误率。我们指出，通过简单地选择并正确调谐表面代码，无需引入任何开销，即可使纠正辐射引起故障的概率提高最高可达10%。最后，我们提供了设计未来QEC码以进一步提高其对辐射事件有效性的指征与指南。