Codici quantistici per il rumore da smorzamento di ampiezza generalizzato

Abstract degli autori

La correzione degli errori quantistici (QEC) svolge un ruolo cruciale nel proteggere l’informazione quantistica dalla decoerenza e nel rendere possibile una computazione quantistica scalabile e affidabile. Una delle fonti di rumore più realistiche e onnipresenti che oggi interessano l’hardware quantistico è il rumore da smorzamento di ampiezza generalizzato (GAD). I codici QEC convenzionali e deterministici faticano a correggere il rumore GAD a causa della loro struttura intrinseca, con conseguenti perdite di fedeltà che crescono linearmente con l’intensità dello smorzamento. In questo lavoro introduciamo il quadro della correzione quantistica probabilistica approssimata degli errori (PAQEC), che combina la flessibilità della QEC approssimata con il potenziale del recupero post-selezionato, consentendo una correzione degli errori ad alta fedeltà ed efficiente in termini di risorse. Costruiamo un codice di cinque qubit invariante per permutazioni che, con il recupero probabilistico, raggiunge una perdita di fedeltà quadratica rispetto all’intensità dello smorzamento, superando così i codici QEC esistenti. Formulando la PAQEC come un problema di ottimizzazione, presentiamo una tecnica numerica basata sul metodo di Charnes-Cooper e sulla programmazione semidefinita per individuare la mappa di recupero ottimale per qualsiasi codice PAQEC. I nostri risultati dimostrano che la PAQEC è uno strumento potente per sviluppare codici quantistici efficienti in termini di risorse e ad alta fedeltà, adattati a rumori realistici, con implicazioni promettenti per i dispositivi quantistici a breve termine e le future architetture fault-tolerant.