Forschende von UCL und NQCC messen ein logisches Qubit in einem QLDPC-Block auf Quantinuum H2
Ein Preprint beschreibt QLDPC-Chirurgie auf Quantinuums Ionenfallen-Prozessor H2-2: Eines von zwei kodierten Qubits eines Blocks wird ausgelesen, das andere bleibt intakt.
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Codes, die mehrere logische Qubits in einem einzigen Block bündeln, versprechen geringere Hardwarekosten für fehlertolerantes Quantencomputing – allerdings nur, wenn sich jedes kodierte Qubit einzeln ansteuern lässt. Ein neues Preprint berichtet über einen Hardwaretest genau dieser Fähigkeit. Surabhi Luthra vom University College London und Alex Owens vom britischen National Quantum Computing Centre (NQCC) nutzten Quantinuums Ionenfallen-Prozessor H2-2, um ein logisches Qubit in einem Codeblock mit zwei Qubits zu messen, ohne seinen Nachbarn zu stören. Die Technik heißt QLDPC-Chirurgie (QLDPC surgery).
Was angekündigt wurde
Die Arbeit Individually Addressed Logical Pauli Measurements by QLDPC Surgery on a Trapped Ion Quantum Computer wurde am 28. Oktober 2026 bei arXiv eingereicht. Nach Kenntnis der Autoren war die Messung einzelner logischer Qubits in einem Mehr-Qubit-Block per QLDPC-Chirurgie bisher noch nicht auf Hardware gelungen. Frühere Chirurgie-Experimente, so die Autoren, setzten Lattice Surgery an Codeblöcken ein, die jeweils nur ein logisches Qubit enthielten.
Die technischen Details
Das Team kodierte zwei logische Qubits in zehn physischen Daten-Qubits mithilfe eines verallgemeinerten Bicycle-Codes [[10,2,3]], der zur Familie der Quanten-LDPC-Codes (QLDPC, Low-Density Parity-Check) gehört. Um einen gewählten logischen Operator auszulesen, wird der Codeblock vorübergehend mit einem zusätzlichen „Gadget“ aus weiteren Qubits gekoppelt. Die am Gadget gemessenen Prüfungen liefern den Wert des Zieloperators, und der Block bleibt danach in seinem Coderaum. Damit ist die Messung nicht destruktiv – anders als eine transversale Auslesung, die den kodierten Zustand kollabieren lässt.
Laut dem Paper ergaben sich folgende Ergebnisse:
- Eine einzelne Chirurgie-Runde mit sieben Gadget-Qubits maß den X-Operator des ersten logischen Qubits mit einer Fehlerrate von 0,72 % und stimmte mit einer anschließenden transversalen Messung mit 1,03 % Fehler überein.
- Die Dekodierung über drei Runden Syndromextraktion drückte den Messfehler des Gadgets unter 0,26 %.
- Das nicht adressierte „Zuschauer“-Qubit blieb während der dreirundigen Messung mit einem Fehler von 0,21 % erhalten, und das Syndrom nach der Chirurgie bestätigte, dass der Block in den Coderaum zurückgekehrt war.
- Wurden dieselben Gadget-Qubits wiederverwendet, um zuerst X am ersten und dann Z am zweiten logischen Qubit zu messen, lag der Fehler der zweiten Messung bei 1,12 %.
Die Autoren weisen darauf hin, dass ihre Gadget-Konstruktion für beliebige QLDPC-Codes gilt und die Grundlage der Verarbeitungsblöcke einer vorgeschlagenen Architektur namens Pinnacle bildet.
Warum das wichtig ist
Das Paper hält fest, dass Fehlertoleranz auf Basis des Surface Codes Hunderte bis Tausende physische Qubits pro logischem Qubit erfordert. QLDPC-Codes können diesen Aufwand senken, indem sie mehrere logische Qubits pro Block speichern, benötigen aber Verbindungen über nächste Nachbarn hinaus und eine Möglichkeit, jedes kodierte Qubit gezielt anzusprechen. Nicht destruktive, einzeln adressierte Pauli-Messungen reichen zusammen mit einer Versorgung mit magischen Zuständen für universelles Rechnen im sogenannten Pauli-basierten Rechenmodell aus. Die Autoren bezeichnen ihre Ergebnisse als Hardware-Validierung der Chirurgie-Primitive, auf die QLDPC-Architekturen angewiesen sind.
Worauf zu achten ist
Die Arbeit ist ein Preprint ohne Peer-Review und verwendet einen kleinen Code mit Distanz 3. Offen ist, ob derselbe Gadget-Ansatz auf größeren Codes mit höherer Distanz trägt, wie er sich mit der Bereitstellung magischer Zustände zu vollständiger logischer Berechnung verbinden lässt und ob Hardware mit fester statt rekonfigurierbarer Konnektivität ihn mit vertretbarem Qubit-Aufwand unterstützen kann.
Quellen
Die Informationen auf dieser Seite stammen aus den unten aufgeführten Quellen und wurden von DesignQuantum abgerufen.