Correzione degli errori quantistici ben al di sotto della soglia del codice color

Abstract degli autori

La correzione degli errori quantistici consente una computazione quantistica scalabile e tollerante ai guasti, sopprimendo esponenzialmente gli errori logici al crescere della distanza del codice, una volta che i tassi di errore fisico scendono al di sotto di una soglia critica. Qui dimostriamo il funzionamento sotto soglia di codici color triangolari con distanze $d=3,5,$ e $7$ sul processore quantistico a ioni intrappolati Helios di Quantinuum. Sfruttando schemi di riduzione delle fughe a livello di circuito e di hardware, otteniamo tassi di errore logico bassi fino a $5_{-2}^{+4}\times 10^{-6}$ e dimostriamo una soppressione degli errori superiore a un ordine di grandezza, $Λ=12_{-2}^{+3}$, a ogni successivo aumento della distanza del codice. Inoltre, dimostriamo lo scaling sotto soglia dei tassi di errore per circuiti di randomized benchmarking di Clifford a due qubit, quando codificati in codici color con $d=3,5$, ottenendo un tasso di errore logico pari a $7^{+3}_{-3}\times 10^{-5}$ per Clifford logico a due qubit alla distanza $5$, con un fattore di soppressione di $Λ=9_{-3}^{+8}$. Confrontiamo le prestazioni logiche dei decodificatori algoritmici esistenti quasi ottimali e di decodificatori basati su reti neurali convoluzionali e su transformer, capaci di decodificare in tempo reale a una velocità superiore di un ordine di grandezza rispetto alla frequenza di estrazione dei sindromi. Questi risultati si avvicinano ai tassi di errore logico richiesti per una computazione quantistica su scala megaquop e indicano che processori a ioni intrappolati scalati potrebbero raggiungere prestazioni rilevanti per le applicazioni con blocchi di codice sostanzialmente più piccoli di quanto indicato dai risultati precedenti ottenuti con altre modalità di qubit.