非 Clifford 门量子错误缓解理论

量子错误缓解技术通过运行若干相关的噪声线路并以特定方式组合其输出，来模拟无噪声量子线路。此类技术的有效性被认为很大程度上取决于底层门的噪声水平。弱纠缠门，如小角度 $\theta$ 的 $R_{ZZ}(\theta)$，其噪声可能远小于纠缠 Clifford 门（如 CNOT 和 CZ），并且它们自然出现在用于模拟量子动力学的线路中。然而，此类弱纠缠门是非 Clifford 门，因此与迄今最突出的两种错误缓解技术不兼容：概率错误消除 (PEC) 及相关形式的零噪声外推 (ZNE)。本文将这些技术推广到非 Clifford 门，并包含两个互补的部分。第一部分展示了如何通过添加随机 Pauli 门并处理测量结果，将任意给定量子信道有效转化为（几乎）任意所需信道，代价是采样开销。这使我们能够消除或适当放大非 Clifford 门中的噪声，前提是我们能首先详细表征此类门。因此，第二部分介绍了针对含噪 $R_{ZZ}(\theta)$ 门执行此操作的技术。这些技术对态制备与测量 (SPAM) 误差具有鲁棒性，并表现出集中性和敏感性——这是许多实验中至关重要的统计特性。它们与随机基准测试相关，在错误缓解背景之外也可能具有意义。我们发现，尽管非 Clifford 门的噪声可能低于相关的 Clifford 门，但其噪声在本质上更为复杂，这可能在错误缓解中导致令人惊讶且有时有害的效应。这种权衡是否具有广泛优势仍有待观察。