量子非消解测量作为面向偏置噪声的容错计算实用原语

利用噪声偏置，即相位翻转错误主导于比特翻转，可大幅降低容错量子计算的硬件开销，但现有方法需要偏置保持CNOT门，其实现在实验上仍具挑战性，且对严格二维系统不可实现。我们表明，高保真度的量子非消解(QND)多比特Pauli Z测量提供了同样强大且更易实现的原语。我们展示，这些测量可完全取代偏置保持CNOT门，用于编译偏置量身化错误纠正所需的所有操作，包括重复码、XZZX表面码和LDPC码的稳定器测量。我们提出了该原语的具体物理实现方案：固态核自旋耦合到电子自旋辅助自旋，以及可持续稳定的超导猫态比特。通过电路水平的数值仿真，我们表明，采用重量为4的QND Z测量实现的非对称XZZX表面码，达到约1.25%的相位翻转阈值，较偏置不敏感的表面码在噪声偏置$\eta = 10^4$时实现最高可达$6\times$的量子比特开销降低。在极大偏置 regime下，采用QND Z测量的重复码可达约2.3%的阈值，达到与偏置保持CNOT方案相当的开销，无需此类门。我们的结果确立了QND多-Z测量作为面向广泛偏置噪声平台的容错量子计算的实用且高效路径。