量子非破坏性测量作为针对偏置噪声的容错计算的一种实用基元

利用噪声偏置(即相位翻转错误主导比特翻转错误)可以大幅降低容错量子计算的硬件开销,但现有方案要求使用偏置保持型CNOT门,其实验实现仍具挑战性,且在严格二维系统中已被证明不可能实现。研究表明,高保真度的量子非破坏性(QND)多量子比特泡利\(Z\)测量提供了一种同样强大但更易实现的原始操作。该工作证明,此类测量可完全替代偏置保持型CNOT门,用于编译偏置定制纠错所需的所有操作,包括重复码、XZZX表面码和LDPC码的稳定子测量。该团队针对两种平台提出了该原始操作的具体物理实现方案:与电子自旋辅助量子比特耦合的固态核自旋,以及耗散稳定的超导猫量子比特。通过电路级数值模拟,该工作表明,采用权重为四的QND \(Z\)测量实现的非对称XZZX表面码,其相位翻转阈值可达\(\sim\!1.25\%\),且在噪声偏置\(\eta= 10^4\)条件下,与不考虑偏置的表面码相比,量子比特开销最多可降低\(6\)倍。在极大偏置条件下,采用QND \(Z\)测量的重复码可实现\(\sim\!2.3\%\)的阈值,其开销与偏置保持型CNOT方案相当,且无需使用此类门。该研究结果确立了QND多\(Z\)测量作为一类广泛偏置噪声平台实现容错量子计算的实用且硬件高效路径。
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提交arXiv: 2026-05-22 22:27

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