Tomografia del set di gate logici

Abstract degli autori

La correzione degli errori quantistici (QEC) può ridurre fortemente il rumore, ma per prevedere se un calcolo va a buon fine occorre capire non solo quanto rumore effettivo persiste dopo la QEC, ma anche quale forma assume. Per caratterizzare a fondo questo rumore, introduciamo la tomografia del set di gate logici («logical GST»). La logical GST produce rappresentazioni dettagliate delle operazioni logiche rumorose, che possono essere usate per ricavare metriche di livello superiore, come la fedeltà dei gate e la distanza di diamante, e per verificare la presenza di errori logici non markoviani e coerenti. Usiamo la logical GST per ottenere la prima caratterizzazione completa e autoconsistente di un set universale di gate logici a singolo qubit, implementato nel codice di Steane a sette qubit con Quantinuum System Model H1, un processore quantistico a ioni intrappolati da 20 qubit. Nei dati sperimentali di H1, la logical GST ha identificato errori prevalentemente stocastici di Pauli a livello logico, non ha rilevato evidenze di non markovianità logica e ha individuato deboli potenziali segnali di errore logico coerente. Al contrario, dataset con un numero maggiore di shot, generati con l’emulatore dettagliato del sistema di Quantinuum, identificano i meccanismi alla base di una non markovianità logica debole ma statisticamente significativa e forniscono forti evidenze di errore logico coerente. Infine, usiamo la logical GST per attribuire gli errori con l’emulatore di sistema, rivelando come specifiche fonti di errore fisico plasmino i meccanismi degli errori logici.