退相干自由子空间基态的高效制备

无消相干子空间(DFS)通过将信息编码在希尔伯特空间的对称性保护子空间中,为量子计算提供了一种关键的被动态误差抑制机制,这类子空间对集体消相干具有免疫性。构建完整的DFS正交基态对于利用DFS编码实现容错量子计算至关重要。然而,现有制备这些基态的方法通常不具备可扩展性、依赖特定平台或仅能产生混合态。本研究提出了一种确定性方法,用于为由任意数量量子比特组成的系统制备纯净、正交且完备的DFS基态。该方法采用投影测量及包含单量子位门、双量子位门和Toffoli门的量子电路。该团队通过数学推导和数值模拟对资源成本进行了严格分析,同时通过阐述在超导芯片上的实施方案,验证了该方法在当前含噪中等规模量子(NISQ)器件上的可行性。所提出的方案为跨平台、多尺度的DFS基态制备提供了普适性解决方案,在NISQ时代具有现实可行性。

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