Esecuzione sotto soglia di un’addizione ripple-carry tollerante ai guasti su un computer quantistico a ioni intrappolati

Abstract degli autori

Implementiamo un’architettura universale di computazione quantistica tollerante ai guasti (FTQC), basata sui codici di rilevamento degli errori $[\![8,3,2]\!]$ e $[\![4,2,2]\!]$, sul computer quantistico a ioni intrappolati Helios-1 di Quantinuum. Compiliamo ed eseguiamo circuiti di sommatore ripple-carry (RCA) per input classici fino a cinque bit su questa architettura. Annullare il calcolo di un qubit di lavoro fornisce un ulteriore «controllo algoritmico» per rilevare gli errori. Disponibile sia a livello fisico sia a livello logico, questo controllo è sinergico con la nostra architettura, aumentando da due a quattro la distanza effettiva dai guasti in molte posizioni del circuito. Combinando questo controllo algoritmico con i codici di rilevamento degli errori, dopo il filtraggio degli errori a raffica abbiamo osservato un solo errore logico nell’addizione a un bit, ottenendo una stima del tasso di errore logico pari a $(6.0 \pm 5.9) \times 10^{-5}$. Questo valore è ben al di sotto della probabilità di errore di $(3.5 \pm 1.3) \times 10^{-3}$ osservata per l’addizione a un bit sullo stesso hardware senza codifica. Anche i sommatori a due e tre bit hanno mostrato miglioramenti delle prestazioni, mentre i sommatori più lunghi, a quattro e cinque bit, sono stati eseguiti appena sopra la soglia.