基于囚禁离子的容错量子计算:“行走猫”架构

研究人员提出了一种面向离子阱设备的容错量子计算机架构,该团队将其命名为“行走猫架构”。该方案包含编译器、量子纠错协议详细说明、微架构设计、快速解码器以及完整的模拟系统。该架构的核心是“猫态工厂”,其生产的猫态分布在整个系统中,用于执行逻辑运算。行走猫架构完全基于名为低密度奇偶校验(LDPC)码的现代量子纠错方法。 该工作提出了三种具有前景的架构实例:(1) 基于单一LDPC码的简单架构;(2) 采用[[70, 6, 9]]码实现快速逻辑门的加速架构,配备适用于任意6量子比特Clifford门的框架跟踪系统;(3) 基于[[102, 22, 9]]码的高密度架构,每个存储块可编码22个逻辑量子比特。高密度架构仅需2,514个物理量子比特即可实现110个逻辑量子比特的运算能力,每天执行约百万次T门操作。据估算,使用10,000个物理量子比特可在一个月内完成100位点海森堡模型的量子哈密顿模拟,包括达到化学精度所需的所有采样次数,这表明该设备有望进入经典计算机无法处理的物理模拟领域。 该设计所依赖的硬件组件均已在小规模设备上得到实验验证。研究人员更注重架构的简易性而非理论性能,以促进实际工程实现。基于此方法,该团队认为近期即可构建具有数百个逻辑量子比特、能运行数百万逻辑门操作的容错量子计算机,为探索广泛的应用领域提供平台。
作者单位: VIP可见
页数/图表: 登录可见
提交arXiv: 2026-04-21 14:02

量科快讯