用于量子表面编码的容错混合解码器：基于概率推理和拓扑聚类技术 乔星宇（Xingyu Qiao） 徐晓轩（Xiaoxuan Xu） 马 Hongyang（Hongyang Ma） 邱天辉（Tianhui Qiu）

《Applied Sciences》：Fault-Tolerant Hybrid Decoder for Quantum Surface Codes on Probabilistic Inference and Topological Clustering Xingyu Qiao, Xiaoxuan Xu, Hongyang Ma and Tianhui Qiu

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摘要

量子纠错是量子计算的前提条件；然而，其性能严重依赖于解码算法的准确性。为了解决这些挑战，我们提出了一种混合解码架构，即BP + UF + BP。该协议首先采用截断的全局BP阶段来提取概率梯度，而无需完全收敛。这些软信息用于指导基于可靠性的Union-Find（UF）算法，从而优先处理高概率的错误机制。最后，通过局部子图BP的优化来提高纠错精度。在电路级退极化噪声下对旋转表面码进行的数值模拟表明，该方案的容错阈值约为0.72%。这显著优于标准的最小权重完美匹配（MWPM）和Union-Find（UF）基准方法。值得注意的是，与传统解码器相比，我们的方法显著降低了逻辑错误率。由于在固定迭代次数下的性能接近线性扩展，所提出的架构为实时容错量子计算提供了一种可扩展的解决方案。

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