通过缓解魔术稀释实现早期容错量子计算

随着量子计算向早期容错时代迈进，量子纠错将在保护量子比特并实现逻辑 Clifford 操作方面发挥关键作用。然而，最初的逻辑量子比特数量将有限，这给资源密集型任务（如魔术态提炼）带来了挑战。因此，开发高效的方法来实现非-Clifford 操作（如小角旋转），以在这些约束下最大化设备的计算能力，至关重要。在本工作中，我们提出了缓解魔术稀释（mitigated magic dilution, MMD）作为一种方法，通过运用量子纠错技术对给定的噪声编码魔术态进行抽样，以合成小角旋转。我们探讨了该方法在模拟 2D Fermi-Hubbard 模型中的实用性。我们识别出在方形阵列至多 $8 \times 8$ 大小时，MMD 在所需的噪声编码魔术态数量方面优于最先进的合成技术。此外，我们展示了该方法能够提供实际优势，这种优势通过小角旋转资源需求在经典仿真器上的优于二次改进得到量化。该工作为支持数百万量子操作的“MegaQuOp”时代早期容错演示铺平了道路。