基于重六边形超导量子处理器的表面码标度

在硬件原生连接性与编码不匹配的情况下,实现表面码量子存储器的亚阈值特性缩放仍是核心挑战。该研究团队基于IBM重六边形超导处理器,通过协同设计编码嵌入与控制方案取得突破:采用基于SWAP操作、深度最小化的“折叠-展开”嵌入策略(利用桥接辅助量子位),并结合具备间隙感知能力的鲁棒性动态解耦技术(DD)。在“苍鹭”代量子处理器上,研究人员实现了从均匀距离3编码到各向异性距离(dx,dz)=(3,5)与(5,3)编码的缩放。实验表明,增加dz(dx)可显著提升多个量子纠错周期内Z基(X基)逻辑态的保真度。虽然任意逻辑初始态的全局亚阈值编码缩放尚未实现,但该工作证明仅需微小的硬件改进即可达成目标。研究揭示了动态解耦的关键作用:该技术能抑制重六边形架构空闲间隙累积的相干ZZ串扰与非马尔可夫退相干,并消除了无DD的大规模编码与带DD的小规模编码对比时出现的伪亚阈值现象。为量化性能,该团队提出可直接从X/Z基逻辑错误数据计算、包含状态制备与测量(SPAM)影响的每周期纠缠保真度指标。该指标显示,当基本假设不成立时,广泛使用的单参数拟合(用于计算抑制因子)会误判或掩盖编码性能;研究人员明确了这些拟合方法需要强平稳性、酉性及可忽略逻辑SPAM的假设条件,并证明实验数据不符合这些条件。该成果通过将量子纠错与优化动态解耦整合至非原生架构,为在偏置非马尔可夫噪声下实现鲁棒的表面码亚阈值缩放测试指明了可行路径。
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提交arXiv: 2025-10-21 17:37
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