优化用于表面码纠错的超导三量子比特门
量子纠错(QEC)是实现具有量子优势潜力的量子计算机的关键模块之一。稳定子代码是QEC的重要候选方案,其通常通过连续的双量子比特纠缠门实现稳定子算子的周期性读取,并在计算过程中多次重复。为提升QEC性能,加快稳定子读取速度并降低容错性破坏误差至关重要。本研究设计了一种适用于超导transmon量子比特的三量子比特CZZ门,能在单步操作中将两个数据量子比特的奇偶性映射至测量量子比特。该团队发现该门操作可在35纳秒内完成,保真度达99.96%。通过从微观门模拟中获取误差模型,研究人员系统性地压制了对QEC协议尤为有害的泡利误差。基于该误差模型,团队研究了该三量子比特门在表面码症状读取方案中的应用。结果表明:对于旋转表面码而言,采用CZZ门可将错误阈值提升近50%至约1.2%,且在实验相关区间内,与标准CZ读取协议相比,逻辑错误率降低达一个数量级。研究还证明,非旋转表面码可实现严格容错的读取方案。这为阈值以下的表面码纠错开启了新视角——使用多量子比特门替代双量子比特门可能获得更优的QEC性能。
