Lattice Surgery med kvantfelskorrektion på IBM Nighthawk r1

Abstract

Kvantdatorer har stor potential att utföra särskilt kraftfulla beräkningar för vissa typer av problem, men är i sin nuvarande form bruskänsliga, särskilt när problemstorleken ökar. Därför används kvantfelskorrektion, där kvanttillstånd lagras med extra redundans som logiska tillstånd. Genom upprepade rundor av partiella mätningar kan utfallen avkodas och fel identifieras, utan att det logiska tillståndet kollapsar. I det här arbetet implementerades kvantfelskorrektion med roterade ytkoder, där avkodningen gjordes med MinimumWeight Perfect Matching. Därefter tillämpades lattice surgery, för att flera ytkoder skulle kunna interagera. Ytkoden testades både genom simulering med slumpmässiga injicerade fel och genom att köras på den fysiska kvantprocessorn IBM Nighthawk r1. På kvantprocessorn testades även hur lattice surgery kan användas för att bilda sammanflätade logiska Belltillstånd, och den logiska CNOT-grinden testades genom simulering. Enskilda ytkoder och avkodning på kvantprocessorn resulterade i 5–20% logiska fel för 2–14 rundor, och när lattice surgery användes för att skapa ett Belltillstånd erhölls de teoretiskt förväntade resultaten i över 85% av fallen vid 12 totala rundor. Resultaten tyder på att roterade ytkoder och lattice surgery har god potential att leda till effektiv, feltolerant kvantberäkning i takt med att större kvantprocessorer blir tillgängliga.