通过代码切换实现高保真逻辑魔态的实验演示
制备高保真逻辑魔幻态仍是构建大规模容错量子计算机进程中必要但极具挑战性的环节。一种解决方案是先在一个编码中容错制备魔幻态,再切换至另一编码(即“编码切换”法)。该研究团队在离子阱量子处理器上实验验证了该方案,通过纠错编码获得了具有前沿逻辑保真度的魔幻态。该实验首次实现了颜色码间的编码切换——从15量子比特的量子里德-穆勒码转换至7量子比特的Steane码,并以82.58%的成功率在Steane码中制备出编码魔幻态,其失效率上限仅为5.1(2.7)×10^-4。报道的失效率较实验所用物理操作的主要失效率至少降低了2.7倍,表明该量子处理器性能已突破伪阈值。此外,研究人员在同一量子处理器上制备了两个魔幻态副本,并执行逻辑贝尔基测量以高效验证编码魔幻态。这种高保真魔幻态可与已实现的二维颜色码容错Clifford门、态制备及测量技术相结合,从而构建出逻辑错误率等于或优于物理双量子比特错误率的完整容错计算原语集。
