通过缩放纠错码距离在逻辑量子比特上实现零噪声外推
量子物理
2024-03-05 v2
摘要
在这项工作中，我们将零噪声外推（ZNE）这一量子误差缓解技术迁移到容错量子计算。我们在逻辑编码量子比特而非物理量子比特上采用 ZNE。该方法在可实现量子纠错（QEC）但可用于 QEC 的量子比特数量有限的场景下将发挥作用。除了阐明传统 ZNE 方法（线路级酉折叠）在 QEC 场景中的效用外，我们提出了一种专为 QEC 定制的新型噪声缩放 ZNE 方法：距离缩放 ZNE（DS-ZNE）。DS-ZNE 缩放纠错码的距离，从而缩放所得逻辑错误率，并将此码距离用作 ZNE 的缩放“旋钮”。逻辑量子比特错误率被缩放至固定物理量子比特数下可达到的最大码距离，而更低的错误率（即有效更高的码距离）通过源自传统 ZNE 的外推技术实现。此外，为在 ZNE 实验中最大化物理量子比特利用率，将码距离低于量子设备上物理量子比特所允许最大值时的逻辑执行并行化以优化设备利用。我们通过数值模拟验证了我们的方案，并确认 ZNE 降低了逻辑错误率且将有效码距离提升至超出量子设备物理能力。例如，在物理码距离为 11 时，DS-ZNE 有效码距离为 17；在物理码距离为 13 时，DS-ZNE 有效码距离为 21。当所提技术在固定量子设备执行次数的约束下与酉折叠 ZNE 比较时，DS-ZNE 在后 ZNE 逻辑错误率方面最多优于酉折叠 92%。
引用
@article{arxiv.2304.14985,
title = {Zero noise extrapolation on logical qubits by scaling the error correction code distance},
author = {Misty A. Wahl and Andrea Mari and Nathan Shammah and William J. Zeng and Gokul Subramanian Ravi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2304.14985},
year = {2024}
}
备注
10 pages, 7 figures