横向容错分布式量子计算操作

《Nature Communications》：Transversal fault tolerant distributed quantum computing operations

　　

摘要

分布式架构是实现可扩展量子计算的重要途径，但如何在存在噪声的模块间连接上实现容错操作，其性能仍缺乏清晰的了解。我们针对两种关键的分布式操作进行了电路级模拟：利用表面码和双变量自行车码实现的横向非局域CNOT操作以及逻辑传态操作。随后，我们模拟了这些分布式操作在常见量子算法中的应用。借助我们开发的可扩展库“横向多码块模拟器”，研究结果表明，在合适的设备上，分布式qLDPC横向操作的性能可超越表面码的格点操作，并能以更低的贝尔对消耗实现高效并行计算。值得注意的是，在相同的码距和噪声水平下，非局域CNOT操作的逻辑错误率比逻辑传态操作低一个数量级。进一步分析表明，当物理错误率为10^?4时，码距约为11；当物理错误率为10^?3时，码距约为29，且电子比特错误率p_ebit为10p时，即可将逻辑错误率控制在10^?12以下，从而支持大规模算法的实现。这些结果为分布式量子计算中的架构设计和码型选择提供了重要指导。