Fabbriche di stati magici single-shot per codici qLDPC

Abstract degli autori

I codici quantistici a controllo di parità a bassa densità (qLDPC) possono ridurre notevolmente il sovraccarico di qubit necessario per la computazione quantistica tollerante ai guasti, ma qualsiasi architettura utile basata su questi codici richiede anche un meccanismo efficiente per implementare gate non-Clifford in modo tollerante ai guasti. Presentiamo una fabbrica di stati magici efficiente in termini di spazio-tempo per codici qLDPC ad alto tasso, combinando i gate non-Clifford trasversali dei codici tricycle sviluppati di recente con codici quadcycle quadridimensionali di prodotto bilanciato single-shot. L’elemento chiave è un efficiente meccanismo di «fuga» che teletrasporta stati magici logici postselezionati dai codici tricycle a codici quadcycle con distanza maggiore. Con un modello standard di rumore a livello di circuito e un tasso di errore fisico pari a $10^{-3}$, le nostre fabbriche producono stati $\mathrm{CCZ}$ con tassi di errore logico bassi fino a $10^{-9}$, a un costo spazio-temporale da 10 a 40 volte inferiore rispetto ai metodi di generazione di stati più avanzati. Gli stati risultanti sono codificati direttamente in blocchi ad alto tasso, adatti alla computazione. Individuiamo i codici quadcycle mediante una ricerca assistita dall’IA e mostriamo che possono fungere da eccellenti memorie, capaci di correggere gli errori in modalità single-shot. Infine, presentiamo un’implementazione concreta dell’intera fabbrica, con un trasporto degli atomi altamente efficiente su computer quantistici ad atomi neutri riconfigurabili. Nel loro insieme, questi risultati forniscono un protocollo pratico end-to-end per produrre e utilizzare stati magici ad alta fedeltà all’interno di un’architettura qLDPC ad alto tasso, con il costo spazio-temporale più basso finora.