Computazione quantistica modulare e tollerante ai guasti con un codice non CSS

Abstract degli autori

La modularizzazione promette di scomporre la complessità di progettazione e realizzazione di processori quantistici su larga scala in sottoproblemi più piccoli e gestibili. In questo approccio, i canali quantistici, realizzati per esempio instradando fisicamente i qubit o tramite teletrasporto quantistico, collegano più moduli. Ciascuno di questi moduli ospita un sottoinsieme di qubit, per esempio più qubit logici, e vi esegue operazioni quantistiche. In questo lavoro, implementiamo per la prima volta su un computer quantistico a ioni intrappolati tutte le operazioni logiche necessarie per la computazione quantistica universale, modulare e tollerante ai guasti, con un codice non Calderbank-Shor-Steane (CSS): il codice perfetto $[[5, 1, 3]]$. Questo codice è il più piccolo codice di correzione degli errori quantistici (QEC) in grado di correggere qualsiasi errore su un singolo qubit e costituisce quindi un’alternativa compatta ai codici CSS più grandi. Dimostriamo la teletrasmissione dello stato logico e una gamma completa di operazioni tolleranti ai guasti necessarie per il controllo logico universale, tra cui la preparazione dello stato logico, la QEC con retroazione in tempo reale, le misurazioni logiche, la preparazione di stati magici, le operazioni logiche di entanglement e l’iniezione di stati magici. Inoltre, caratterizziamo l’errore spettatore logico accumulato dai qubit logici inattivi durante le operazioni quantistiche su registri di qubit distinti e dimostriamo una tomografia di processo quantistico di Pauli a livello logico che riduce al minimo le risorse di campionamento necessarie per la tomografia logica.