STAR-Magic突变:为早期容错量子计算机设计更高效的模拟旋转门
该研究团队提出了一种名为STAR-magic变异的创新协议,这是一种在早期容错量子计算机上实现逻辑模拟旋转门的高效方案。该协议巧妙地结合了两种最新量子态制备技术——横向多旋转协议和魔幻态培育技术,实现了具有优越误差缩放特性(𝒪(θ_L^(2(1−Θ(1/d))) p_ph))的逻辑模拟旋转门,仅需单个表面码补丁的辅助空间。其中θ_L表示逻辑旋转角度,p_ph为物理错误率,d为编码距离。这种误差缩放特性较之前最优方案𝒪(θ_L p_ph)有显著提升,使得该协议特别适用于实现基于Trotter化的小角度旋转门序列。值得注意的是,当θ_L≲10^−5时,相较于传统基于培育魔幻态的T门合成方案,该协议能使模拟旋转门的执行时间和错误率降低两个数量级。
基于此协议,研究人员还提出了专为早期容错量子计算机设计的新型架构"STAR ver.3"。该架构采用基于Clifford+T+ϕ门集的精炼电路编译策略,而非传统的Clifford+T或Clifford+ϕ门集。研究团队建立了该架构可行电路规模的理论界限,并通过分析量子多体系统动力学模拟的时空成本来展示其性能。具体而言,即使在p_ph=10^−3的实际错误率假设下,仅需数十万个物理量子比特,该架构就能模拟超出经典精确模拟能力的生物相关分子或晶格模型。

