针对错误结构优化的早期容错量子计算
容错技术被普遍认为是实现可扩展、可靠量子信息处理的必要条件。然而,容错量子计算所需的时空开销仍大得令人望而却步。在众多采用克利福德门+φ编译的量子算法中,一个关键挑战在于逻辑旋转门RzL(φ)作为核心组件时的情况——根据伊斯特林-克尼尔定理,这些操作无法通过量子纠错码实现横向执行,必须结合T门编译与魔术态蒸馏注入技术进行资源密集型替代。该工作提出了一种针对错误结构优化的容错方案:通过将实际耗散噪声过程的微扰分析与稳定子码结构特性相结合来评估容错条件。基于该框架,研究人员设计出稳定子码中基于色散耦合哈密顿量实现的1-容错连续角度旋转门RzL(φ)。该方法可绕过T门编译与蒸馏流程,提供兼具硬件效率、结构简洁性、最小化物理占用空间且仅需近邻相互作用的解决方案。结合最新小角度态制备技术,当旋转角度|φ|<0.2弧度时(p表示物理错误率),能将门错误率抑制至9|φ|·p²。在当前可实现硬件参数(p=1×10⁻³)下,当|φ|≈10⁻³时可可靠执行超过10⁷次小角度旋转,满足诸多近期量子应用需求。据估算,在现实硬件假设下的海森堡哈密顿量模拟任务中,相较于15:1魔术态蒸馏与魔术态培育方案,该方法的时空资源成本分别降低1337.5倍与43.6倍。
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