无需物理操作实现逻辑量子比特纠缠

容错逻辑纠缠门是实现可扩展量子计算的关键要素,但当前受限于物理双量子比特门的错误率与测量开销。为突破这一限制,该研究团队提出“幻影码”——这种量子纠错码通过在编译阶段对物理量子比特进行重新标记,即可实现码块内所有逻辑量子比特间的纠缠门操作,其保真度完美且不产生时空开销。该工作系统性地研究了此类编码方案:首先通过数值分析与理论推导相结合的互补方法识别幻影码,穷举了n≤14时全部2.71×10^10个不等价CSS码,并借助基于SAT的方法将识别范围扩展至n=21;随后利用量子里德-穆勒码及量子比特码的二进制化构建了更高距离的幻影码族。针对所有已识别编码,研究人员进一步表征了其支持的其他容错逻辑克利福德与非克利福德操作。其次,通过包含态制备、完整量子纠错循环及真实物理错误率的端到端噪声模拟,该团队在多个任务中证明了幻影码相较表面码的可扩展优势:在适度预选接受率条件下,GHZ态制备与特罗特化多体模拟任务的逻辑保真度误差降低1-2个数量级,同时保持相当的量子比特开销。该研究确立了幻影码作为容错量子计算可行架构的发展路径,为具有密集局域纠缠结构的计算任务提供了可扩展优势,并为系统探索更广阔的量子纠错码领域引入了通用工具。
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提交arXiv: 2026-01-28 19:00

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