构建具有量子优势的早期容错中性原子系统架构

中性原子平台的最新进展使得人们能够探索具有量子优势应用的早期容错(FT)架构,例如量子动力学模拟。一个高效的容错架构需要同时具备空间高效的量子纠错编码(低量子比特开销)和高效的逻辑计算方法(基于横向操作的逻辑门、基于提取器的逻辑门等),以最小化整体执行时间。在空间和时间之间取得适当平衡,对于实现早期量子优势的容错演示至关重要。 在这项工作中,该团队发现现有空间高效方案存在瓶颈——这些方案往往具有高度串行性,且未能充分利用闲置空间。该团队提出了一种基于量子隐形传态的方案,利用中性原子的可重构连接性实现逻辑操作的并行化。该方案在不增加空间成本的情况下,相比提取器架构可实现最高约3倍的加速,并且在考虑外部资源态之前,其时空性能优于其他可行架构。为严格评估性能,研究人员构建了明确的量子优势基准测试,模拟了容错指令集的编译过程(包括底层门调度与原子穿梭模式),并考虑了资源态的非确定性特性。结果表明:该方案仍能保持加速优势;研究同时精确计算了时空成本与成功概率,发现仅需11,495个原子和约15小时运行时间的架构即可实现量子优势。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-04-21 17:57

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