Demostración óptica del umbral tolerante a fallas cuánticas

Tratar los errores experimentales, que pueden ocurrir en cada paso de los circuitos cuánticos, es de gran importancia, especialmente en la implementación de la computación cuántica. En términos generales, la corrección de errores cuánticos requiere más qubits para realizar la operación de corrección.

Sin embargo, el método tolerante a fallas, en el que los qubits lógicos se codifican con varios qubits físicos y el error en el espacio físico es permisible y no se espera que se corrija, brinda otra forma de tratar el error al excluir el qubit con errores del espacio codificado.

Para ser más precisos, basados ​​en el mismo hardware, los qubits lógicos podrían generarse con una mejor probabilidad en el circuito codificado tolerante a fallas que en el circuito no codificado cuando la tasa de error está por debajo del umbral. Más importante aún, el circuito tolerante a fallas podría verificarse en un sistema pequeño que consta de varios qubits. Y el umbral (evidencia explícita para respaldar el éxito del método tolerante a fallas) podría determinarse al comparar las probabilidades de salida de los circuitos codificados y los circuitos no codificados.

En un nuevo artículo publicado en Ciencia de la luz y aplicaciónun equipo de científicos, dirigido por el profesor Chuan-Feng Li del Laboratorio Clave de Información Cuántica CAS de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, ha explotado los modos espaciales de dos fotones entrelazados para construir una plataforma experimental y ha observado directamente la falla. umbral tolerante para los circuitos cuánticos investigados.

Con los qubits físicos representados por recuentos coincidentes de los modos espaciales de cada fotón, se codifican y manipulan dos qubits lógicos mediante las operaciones correspondientes en los qubits físicos. Importando la tasa de error artificialmente con una precisión extremadamente alta, podríamos escanear el rango de tasa de error que cubre el umbral. Cuando la probabilidad de éxito de la salida del circuito codificado es mayor que la del circuito no codificado, podemos confirmar el valor exacto del umbral, que está respaldado por los sólidos resultados que incluyen las operaciones de un solo qubit y de dos qubits en la lógica. espacio.

Además de facilitar la investigación de la computación cuántica tolerante a fallas en sistemas escalables, este trabajo es útil para otras tareas de información cuántica, como la purificación de entrelazamiento y la comunicación cuántica a larga distancia.

Al observar el umbral de la tasa de errores, pudimos comprender el marco detallado de los protocolos tolerantes a fallas y juzgar el éxito de los tolerantes a fallas. Los científicos resumen el rendimiento de la plataforma óptica:

«Construimos la configuración en función de los modos espaciales de dos fotones que manifiesta las siguientes ventajas: (1) operación de alta precisión que es el requisito rígido del circuito tolerante a fallas; (2) fácil de importar el error artificial y ajustar su tasa ; (3) presentar el patrón directo de cada paso en el proceso tolerante a fallas; y (4) fácil de implementar el circuito codificado tolerante a fallas y el circuito no codificado».

«Además del tipo de error considerado en este trabajo, se podrían investigar otros modelos de error en un protocolo tolerante a fallas universal basado en esta plataforma experimental. Por ejemplo, al extender la plataforma experimental basada en el modo espacial óptico del marco de un solo fotón a dos En este trabajo, el efecto de error no local podría investigarse más a fondo en el cálculo cuántico tolerante a fallas», dicen los científicos.