La simmetria e la scoperta assistita dall’IA di factory per stati magici

Abstract degli autori

La distillazione degli stati magici è una delle principali voci di costo nella computazione quantistica fault-tolerant. Il costo di una factory per stati magici dipende fortemente dal suo tasso di fallimento, che aumenta con il numero di stati magici in ingresso. Sebbene di recente i metodi basati su vincoli di simmetria abbiano reso gestibili le ricerche per distanza due, le ricerche per distanza tre e superiori sono rimaste fuori portata con un numero moderato di input. Sviluppiamo metodi basati sulla simmetria e assistiti dall’IA per esplorare questo regime. Presentiamo una formulazione unificata basata su matrici binarie, che comprende sia le ricerche di codici triortogonali sia le ricerche dirette di circuiti. Mostriamo che una distanza pari almeno a tre equivale ad avere sindromi non nulle e a due a due distinte, separando la scelta delle sindromi dalla ricerca di gate di uscita compatibili. Restringiamo la ricerca delle sindromi usando la simmetria di gruppo e agenti basati su modelli linguistici, quindi ricorriamo a una risoluzione deterministica e a una verifica indipendente. Le nostre ricerche producono 699 classi di factory, di cui 564 nuove. Tra queste figurano factory per stati puri T e factory con output entangled che comprendono combinazioni di stati magici T, CS e CCZ. Le factory per stati puri T [[63, 11, 3]] e [[850, 128, 6]] raggiungono i più bassi esponenti di overhead che conosciamo tra i protocolli con al massimo 100 e 1000 input, rispettivamente, con $γ= 1.589$ e $γ= 1.057$. La nostra factory [[1715, 287, 6]], con $γ= 0.998$, è la più piccola factory per stati puri T nota con $γ< 1$. Forniamo inoltre una directory contestuale di brief di ricerca e note sulle campagne, che permette ai lettori di addestrare i propri agenti e adattare la ricerca alle proprie esigenze. Con questi risultati, iniziamo a costruire un repository attivo e open source di protocolli di distillazione degli stati magici per la comunità quantistica, corredato dai nostri metodi e dati, per il regime pratico della computazione quantistica fault-tolerant.