纠错容错量子计算中编码电路的合成与优化
制备任意逻辑态是通用容错量子计算的核心原语,而编码态制备的成本直接关系到整体资源开销。这使得高效通用态编码电路的合成成为一个重要问题,尤其体现在双量子比特门数量和电路深度方面。然而,与通用 Clifford 电路合成或特定逻辑 Pauli 本征态的制备相比,这类编码器的合成研究尚不充分。在本工作中,该团队开发了为任意稳定子码合成高效编码器的方法。该团队将编码器合成问题表述为对稳定子表格的搜索,并引入了贪婪算法和基于 rollout 的算法,利用同一编码等距在稳定子等价实现之间的自由度。对于具有模块化结构的码族(如广义级联码和全息码),该团队展示了如何通过优化的局部子编码器组装大型编码器,并采用基于 SMT 的精确合成方法为小规模实例获取最优局部电路。该团队进一步在广泛的稳定子码(包括全息码和量子低密度奇偶校验码)上评估了所提出的方法,并将其与近年来的编码器合成方法及文献中的现有构造进行了比较,在双量子比特门数量上获得了高达 43% 的改进,在深度上获得了高达 70% 的改进。该团队的结果支持了多种容错量子计算方案中编码态制备的优化,且所有方法均已作为慕尼黑量子工具包的一部分开源提供。

