表面码中 Pauli 态的容错酉编码
量子物理
2026-01-09 v1
摘要
在容错量子计算中，逻辑态的制备是一个无处不在的子程序，然而即便对于所需的最简单状态，仍存在重大挑战。在本工作中，我们提出了一种酉的、可扩展的、保距离的编码方案，用于在表面码中制备 Pauli 本征态。以往的酉方法其容错距离随码距增加保持恒定，与之不同的是，我们的方案确保了在状态制备过程中码所提供的保护得以保持。基于强化学习为 surface-17 码发现的策略，我们将该构造推广至任意码距以及旋转和未旋转表面码。所提出的编码仅依赖几何局部门，因此与平面二维量子比特连通性完全兼容，并且实现了 的电路深度标度，与基本纠缠生成界限一致。我们设计了带有和不带有辅助比特介导连通性的显式稳定子扩展电路，并分析了其错误传播行为。在去极化噪声下的数值模拟表明，我们无辅助比特的酉编码优于标准的基于稳定子测量的方案，将逻辑错误率降低了最高一个数量级。这些结果使得该方案对于囚禁离子和中性原子等平台尤为相关，在这些平台中，测量相对于门操作代价高昂，且空闲噪声远弱于门噪声。我们的工作弥合了表面码态基于测量和基于酉编码之间的差距，并为容错量子计算中的保距离状态制备开辟了新方向。
引用
@article{arxiv.2601.05113,
title = {Unitary fault-tolerant encoding of Pauli states in surface codes},
author = {Luis Colmenarez and Remmy Zen and Jan Olle and Florian Marquardt and Markus Müller},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.05113},
year = {2026}
}