基于追踪的表面码量子电路数据流重建

量子计算的实用化依赖于采用纠错技术的容错设备。表面码是实现大规模量子计算最有前景的量子纠错编码方案。针对该编码,容错量子计算可通过“晶格手术”实现——即在二维网格上对编码量子比特区块进行合并与分割操作。晶格手术产生的时间-空间活动模式被该研究团队定义为“访问痕迹”。 该工作表明,这些访问痕迹能揭示逻辑量子比特发生相互作用的具体时间、位置及方式。基于此发现,研究人员进一步提出“TraceQ”——一个通过观察每个痕迹条目中的区块活动就能重建量子电路数据流的痕迹重构框架。该框架采用启发式方法处理痕迹中固有的模糊性,并在一系列合成的容错量子基准测试中验证了有效性。 访问痕迹具有广泛的应用场景,可用于分析和剖析量子程序及其运行硬件的执行情况。作为TraceQ的典型应用案例,该工作探究了此类痕迹是否可作为侧信道:观察者能借此还原电路结构,从大型程序中识别已知子例程甚至完整程序。研究结果表明,极简的访问痕迹确实能以极高精度还原子例程乃至完整量子程序,仅需单次程序执行的痕迹且支持完全离线处理。结合定制启发式算法与先进的子图匹配算法,该方案能在最短时间内实现子例程的高效定位。

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