Sandia і Quantinuum повністю охарактеризували набір вентилів логічного кубіта методом «логічної GST»

Дослідники з Sandia National Laboratories і Quantinuum адаптували один із найретельніших інструментів діагностики помилок кубітів — томографію наборів вентилів (gate set tomography, GST) — для роботи з логічними кубітами з корекцією помилок, а не лише з фізичними. У препринті Logical gate set tomography колектив із 14 авторів описує те, що називає першою повною й самоузгодженою характеризацією універсального набору однокубітних логічних вентилів, виконаною на 20-кубітному іонному процесорі Quantinuum System Model H1.

Що оголошено

Метод, скорочено «логічна GST», має відповісти на питання, на яке прості показники помилок не відповідають: який шум залишається після того, як квантова корекція помилок виконала свою роботу? Згідно зі статтею, логічна GST будує детальні моделі зашумлених логічних операцій. З них можна отримати такі величини, як точність вентилів і діамантова відстань, а також перевірити наявність когерентних помилок і немарковських ефектів, коли шум залежить від того, що відбувалося в обчисленні раніше.

Як пише Quantum Computing Report, експеримент став останньою вимірювальною кампанією на машині H1-1. Логічний кубіт був закодований у семикубітному коді Стіна, а команда застосовувала активну корекцію помилок зі зворотним зв’язком у реальному часі, подаючи на іони фізичні коригувальні імпульси замість програмного відстеження поправок. Охарактеризований набір включав підготовку логічного стану, вимірювання, кліффордові вентилі H і S, цикл очікування та корекції помилок, а також некліффордів вентиль T, реалізований через інжекцію магічних станів і телепортацію.

Підпишіться на розсилку DesignQuantum

Безкоштовні новини та пояснювальні матеріали про квантові обчислення, кожне твердження з посиланням на джерело. Щодня, щотижня або щомісяця, на ваш вибір.

Website

Адреса електронної пошти ЧастотаЩодняЩотижняЩомісяця МоваEnglishEspañol简体中文हिन्दीالعربيةPortuguês (Brasil)FrançaisDeutsch日本語Русский한국어Bahasa IndonesiaTürkçeItalianoTiếng ViệtPolskiNederlandsไทยفارسیУкраїнськаবাংলাاردوKiswahiliBahasa Melayuעברית Підписатися безкоштовно

Безкоштовно. Відписатися можна будь-коли одним клацанням. Політика конфіденційності

Технічні деталі

У статті повідомляється, що дані з обладнання показали переважно стохастичні логічні помилки паулівського типу (випадкові інверсії біта й фази), відсутність ознак логічної немарковості та лише слабкі ознаки когерентної логічної помилки. QCR наводить оцінки неточності заплутування приблизно від 0,2% до 1,7% для логічних вентилів із великими похибками, оскільки на кожну схему було зроблено лише 50 запусків.

Щоб розглянути картину детальніше, автори запустили той самий протокол зі значно більшою кількістю запусків на детальному емуляторі системи Quantinuum. Там, згідно з анотацією, логічна GST виявила слабку, але статистично значущу немарковість і переконливі свідчення когерентної логічної помилки. Вмикаючи й вимикаючи окремі джерела помилок в емуляторі, команда простежила, як конкретні фізичні помилки формують логічні. За даними QCR, головною причиною когерентного логічного дрейфу була дефазування під час транспортування й охолодження іонів, а немарковська поведінка може виникати із самих циклів вилучення синдрому, навіть якщо фізичний шум марковський.

Чому це важливо

Порогові теореми й декодери зазвичай припускають, що корекція помилок перетворює складний фізичний шум на прості незалежні помилки Паулі. Логічна GST дає розробникам обладнання спосіб перевіряти це припущення безпосередньо на закодованих кубітах, а не виводити його опосередковано. Результати H1 загалом підтвердили картину простого шуму, а результати емулятора показують тонкі структуровані помилки, які можуть стати важливими зі зростанням машин.

На що звернути увагу

Робота є препринтом і ще не пройшла рецензування. Відкритими залишаються питання, чи масштабується метод на багатокубітні логічні набори вентилів і більші коди та чи почнуть групи розробників регулярно застосовувати його на нових системах, як-от Helios від Quantinuum.