展开式蒸馏:面向偏置噪声量子比特的超低成本魔态制备
魔法态蒸馏技术通过制备高保真度的魔法态来实现非克利福德门操作,从而支持通用的容错量子计算,但这种方法会带来显著的逻辑层面时空资源开销。该研究团队提出了一种面向偏噪量子比特的低成本魔法态蒸馏方案,利用噪声偏置特性,仅需53个量子比特和5.5轮纠错操作即可在相位翻转噪声率0.1%、噪声偏置系数η≳5×10⁶条件下制备出逻辑错误率低至3×10⁻⁷的魔法态。相较于无偏噪量子比特的魔法态制备方案,该方案将电路规模缩小了一个数量级以上;与传统魔法态蒸馏方案相比,资源消耗降低超过两个数量级。 该方案相较现有偏噪量子比特方案具有三项关键优势:其一,仅需在二维晶格上实现近邻双量子比特门操作;其二,在η≳80的中等噪声偏置条件下,仅需略微增加电路规模即可保持相近的逻辑保真度;其三,即便在高物理相位翻转率下仍保持高效,而既有方案的电路规模会随错误率呈指数增长。该工作的核心创新在于将Hadamard三维量子Reed-Muller码的X稳定子群在二维空间中展开,实现了物理层面而非逻辑层面的蒸馏过程,故称为“展开式蒸馏”。
