零级 C​C​Z 蒸馏

Magic state distillation是容错量子计算的关键组成部分,因为它能够通过门隐形传态实现非Clifford门的操作,例如\(T\)门和\(CCZ\)门。然而,传统的蒸馏协议需要大量逻辑量子比特,并引入巨大的空间和时间开销,成为可扩展容错量子计算的一个显著瓶颈。在该工作中,提出了一种零级蒸馏协议,仅使用具有最近邻相互作用的二维方格上的物理量子比特,即可高效生成高保真度的逻辑\(CCZ\) magic state。该方法利用\([[8,3,2]]\)码的横向\(T/T^\dagger\)操作,以容错方式编码态\(\overline{CCZ}|+++\rangle\),随后通过晶格手术将其隐形传态到三个表面码逻辑量子比特上。为了实现不同距离码之间的隐形传态,引入了自适应初始化隐形传态(AIT),这是一种为表面码量身定制的初始化程序。数值模拟表明,逻辑错误率相对于物理错误率\(p\)的标度关系为\(p_L \simeq 300 \times p^2\)。例如,在\(p = 10^{-3}\)和\(p = 10^{-4}\)时,该方法相比传统的七\(T\)门方法,分别将逻辑错误率提高了约一个和两个数量级。蒸馏电路仅需22个物理量子比特、3个逻辑量子比特以及24的电路深度,与先前方法相比,时空开销减少了约5-10倍。该结果突显了\(CCZ\)态蒸馏在早期容错量子计算中的实用性,并为超越传统\(T\)态生成的资源高效物理级magic state蒸馏提供了新方向。

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提交arXiv: 2026-05-21 01:22

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