一种基于表面码的二维𝑑×𝑑×𝑑时空体积逻辑S门实现方案
通过表面码中的扭曲缺陷编织实现的逻辑S门是容错量子计算中开销的主要来源之一,因为每次逻辑T门隐形传态都需要进行S门校正。现有逻辑S门实现方案需要2d×2d×d或2d×1.5d×d的时空体积(其中d为表面码的代码距离)。据该团队所知,这些方案的电路级实现尚未明确展示,阻碍了对容错距离与逻辑错误率的定量比较。本研究填补了这一空白,提供了缺失的电路级实现方案,并提出了一种新型扭曲缺陷编织协议,可将时空体积缩减至2d×d×d。该团队首先构建了基于恒定长度非局域门的实现方案,随后改进为仅需方形网格上最近邻双量子门操作,且无需额外增加超越标准症候提取电路的双量子门深度。通过数值模拟,研究人员对比评估了现有方案与所提方案的容错距离及逻辑错误率。结果表明:尽管新方案的容错距离降低1至3个单位,但在大代码距离(d≥5)及接近p=10⁻³的物理错误率条件下,其逻辑错误率仍与现有方案相当,证明该方案对近期容错量子计算具有重要应用价值。

