多对数开销高容错基于测量的量子计算：采用 Gottesman-Kitaev-Preskill 码的全高斯实现
量子物理
2020-06-11 v1
摘要
飞行光子量子系统在产生量子纠缠方面的可扩展性，为实现大规模容错量子计算提供了潜力，尤其是通过基于测量的量子计算（MBQC）手段。然而，现有 MBQC 协议由于所用纠缠结构的几何约束，在实现量子计算时不可避免地带来多项式开销代价，而这种多项式开销可能抵消量子计算中已有的有用多项式加速。为避免此抵消，我们构建了一种光子 MBQC 协议，通过引入用于低开销量子比特置换的纠缠结构，实现了低至多对数（poly-logarithmic）开销的量子计算。基于此协议，我们设计了一种容错光子 MBQC 协议，该协议可通过实验上可行的零差探测与高斯纠缠操作，结合 Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）量子纠错码来实现，并将该码与 量子比特码级联。我们的容错协议在 GKP 码的压缩水平上达到了 dB 的阈值，优于采用 GKP 表面码的最佳现有容错量子计算协议的 dB。因此，通过弥合 MBQC 理论进展与面向 MBQC 实现的光子实验之间的鸿沟，我们的结果为实现包括多项式加速在内的广泛量子加速类别开辟了新途径。
引用
@article{arxiv.2006.05416,
title = {Polylog-overhead highly fault-tolerant measurement-based quantum computation: all-Gaussian implementation with Gottesman-Kitaev-Preskill code},
author = {Hayata Yamasaki and Kosuke Fukui and Yuki Takeuchi and Seiichiro Tani and Masato Koashi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.05416},
year = {2020}
}
备注
55 pages, 33 figures