综述：分布式容错量子计算的理论基础、实现方法与未来挑战综述

《Entropy》：Distributed Fault-Tolerant Quantum Computing: From Vision to Reality

　　

摘要

当前量子处理单元（QPUs）的量子比特资源有限，加之其易受操作不完美、环境噪声和错误传播的影响，不仅会降低计算保真度，还限制了实用级量子计算所需的可扩展性。因此，由分布式量子纠错码（QECCs）支撑的分布式量子计算（DQC）架构取代单体架构，正成为实现大规模容错量子计算（FTQC）的一种有前景的范式。这一转变是一项涉及全栈的挑战，需要在量子架构、容错门操作以及经典-量子协同处理与控制方面取得协同进展。本文综述了大规模容错量子计算的理论基础与实现方法。首先，我们探讨了主要的量子纠错码族，包括拓扑码、量子低密度奇偶校验码（qLDPC）、子系统码和动力学码，重点关注码构造、量子化子提取和译码。随后，我们回顾了物理层和逻辑层容错通用门集的实现，以及面向分布式架构的纠缠生成、分发与纯化。最后，我们概述了理论、架构和实现方面的开放挑战与未来研究方向，强调了分布式容错设计在下一代实用级量子计算中的作用。