Sandia и Quantinuum полностью охарактеризовали набор вентилей логического кубита методом «логической GST»

Исследователи из Sandia National Laboratories и Quantinuum адаптировали один из самых тщательных инструментов диагностики ошибок кубитов — томографию наборов вентилей (gate set tomography, GST) — для работы с логическими кубитами с коррекцией ошибок, а не только с физическими. В препринте Logical gate set tomography коллектив из 14 авторов описывает то, что называет первой полной и самосогласованной характеризацией универсального набора однокубитных логических вентилей, выполненной на 20-кубитном ионном процессоре Quantinuum System Model H1.

Что объявлено

Метод, сокращённо «логическая GST», призван ответить на вопрос, на который простые показатели ошибок не отвечают: какой шум остаётся после того, как квантовая коррекция ошибок сделала свою работу? Согласно статье, логическая GST строит подробные модели зашумлённых логических операций. Из них можно извлечь такие величины, как точность вентилей и алмазное расстояние, а также проверить наличие когерентных ошибок и немарковских эффектов, при которых шум зависит от того, что происходило в вычислении раньше.

Как пишет Quantum Computing Report, эксперимент стал последней измерительной кампанией на машине H1-1. Логический кубит был закодирован в семикубитном коде Стина, а команда применяла активную коррекцию ошибок с обратной связью в реальном времени, подавая на ионы физические корректирующие импульсы вместо того, чтобы отслеживать поправки программно. Охарактеризованный набор включал подготовку логического состояния, измерение, клиффордовы вентили H и S, цикл ожидания и коррекции ошибок, а также неклиффордов вентиль T, реализованный через инъекцию магических состояний и телепортацию.

Подпишитесь на рассылку DesignQuantum

Бесплатные новости и объясняющие материалы о квантовых вычислениях, каждое утверждение со ссылкой на источник. Ежедневно, еженедельно или ежемесячно, на ваш выбор.

Website

Адрес электронной почты ЧастотаЕжедневноЕженедельноЕжемесячно ЯзыкEnglishEspañol简体中文हिन्दीالعربيةPortuguês (Brasil)FrançaisDeutsch日本語Русский한국어Bahasa IndonesiaTürkçeItalianoTiếng ViệtPolskiNederlandsไทยفارسیУкраїнськаবাংলাاردوKiswahiliBahasa Melayuעברית Подписаться бесплатно

Бесплатно. Отписаться можно в любой момент одним щелчком. Политика конфиденциальности

Технические детали

В статье сообщается, что данные с оборудования показали в основном стохастические логические ошибки паулиевского типа (случайные инверсии бита и фазы), отсутствие признаков логической немарковости и лишь слабые признаки когерентной логической ошибки. QCR приводит оценки неточности запутывания примерно от 0,2% до 1,7% для логических вентилей с большими погрешностями, поскольку на каждую схему было сделано лишь 50 запусков.

Чтобы рассмотреть картину подробнее, авторы запустили тот же протокол со значительно большим числом запусков на детальном эмуляторе системы Quantinuum. Там, согласно аннотации, логическая GST выявила слабую, но статистически значимую немарковость и убедительные свидетельства когерентной логической ошибки. Включая и выключая отдельные источники ошибок в эмуляторе, команда проследила, как конкретные физические ошибки формируют логические. По данным QCR, главной причиной когерентного логического дрейфа была дефазировка во время транспортировки и охлаждения ионов, а немарковское поведение может возникать из самих циклов извлечения синдрома, даже если физический шум марковский.

Почему это важно

Пороговые теоремы и декодеры обычно предполагают, что коррекция ошибок превращает сложный физический шум в простые независимые ошибки Паули. Логическая GST даёт разработчикам оборудования способ проверять это предположение непосредственно на закодированных кубитах, а не выводить его косвенно. Результаты H1 в целом подтвердили картину простого шума, а результаты эмулятора показывают тонкие структурированные ошибки, которые могут стать важными по мере роста машин.

На что обратить внимание

Работа является препринтом и ещё не прошла рецензирование. Открытыми остаются вопросы, масштабируется ли метод на многокубитные логические наборы вентилей и более крупные коды и начнут ли группы разработчиков регулярно применять его на новых системах, таких как Helios от Quantinuum.