Magna: simulare le fabbriche di stati magici con lo stesso costo computazionale dei circuiti Clifford

Abstract degli autori

La simulazione classica delle fabbriche di stati magici, compresi i protocolli di distillazione, coltivazione e commutazione di codice, è impegnativa a causa del loro consistente contenuto non-Clifford. Introduciamo $\texttt{magna}$ (valutazione delle fabbriche di stati magici tramite algebra globale delle reti), un simulatore classico che simula questi protocolli con lo stesso costo computazionale dei circuiti Clifford. $\texttt{magna}$ esprime le figure di merito di un protocollo, ossia il tasso di accettazione e la fedeltà degli stati accettati, come reti tensoriali, che riduce globalmente sfruttando una corrispondenza strutturale con i gate trasversali sui codici quantistici. $\texttt{magna}$ supporta inoltre il feedforward condizionato a funzioni arbitrarie dei risultati delle misure intermedie al circuito, compresi gli output del decoder. Simuliamo la distillazione Bravyi--Haah con fino a 100 stati magici in uscita, a un costo che non cresce esponenzialmente con il numero di output, e otteniamo tempi di campionamento allo stato dell’arte per la coltivazione di stati magici a distanza 5, sia sui codici colore sia sui codici di superficie RP$^2$. Infine, convalidiamo il feedforward non lineare in un protocollo di distillazione a livello logico con 15 cicli di feedforward dipendente dal decoder. $\texttt{magna}$ mira a contribuire all’infrastruttura fondamentale per la valutazione e l’ottimizzazione su larga scala delle fabbriche di stati magici.