IBM纠错再获突破！动态电路创造高质量“魔法态”

光子盒研究院

随着对容错计算机纠错的研究不断深入，一个尚未实现的目标是演示使用通用门集进行纠错。

如果能够实现通用门集，那么至少在理论上，量子计算机将能够处理任何可用的量子算法。

迄今为止，大部分研究仅使用了有限的量子门集，如Clifford群（例如H门、S门和CNOT门）。

然而，如果仅限于这些门，将无法实现许多重要的算法（例如肖尔算法），而且由于Gottesman-Knill定理的存在，经典计算机将能够有效地模拟这些算法，削弱了量子计算机的优势。

要创建一个通用门集，我们需要能够实现非Clifford门，例如T门或Toffoli门，同时还可以使用Clifford群的门。

然而，这些门并不能以容错的方式直接实现。

为了实现这些门，需要使用一种名为“魔法态蒸馏”（Magic State Distillation）的多阶段过程。这个过程能够将一个原始噪声量子比特生成一个非Clifford态的纯化版本。

然后，这个经过净化的魔法态量子比特可以与Clifford门相结合，实现完全容错。

然而，许多技术实现这一目标需要大量的门来创建这种“神奇状态”。

现在，IBM在《自然》（Nature）杂志上发表了一篇新论文，详细描述了他们如何在其ibm_peekskill系统上的一个27量子比特超导量子处理器（Falcon）上产生高质量的魔法态。

他们的技术的一个关键点是，在处理器中采用了一种相对较新的功能：动态电路。

科学家通过进行中间电路测量，并在电路中前馈数值，引导状态更接近所需的魔法态。

通过利用动态电路，科学家们能够提高产量，即随着时间推移产生的神奇状态的数量，这比如果没有这些能力所能达到的效果要好得多。

从根本上说，IBM的科学家们现在可以创造更多的魔法态，减少所谓的‘垃圾’。

在他们的演示中，值得注意的是，他们能够获得超过‘收支平衡’的保真度。

换句话说，魔法态的保真度优于不经过魔法态蒸馏的原始量子比特所能达到的保真度。

用于奇偶校验位测量的容错电路

用于魔法态准备和逻辑断层扫描的容错方案

魔法态制备实验中测得的不保真度

IBM团队表示，这项实验开辟了一个新的研究领域：使用动态电路制备魔法态。

“它还让我们走上了解决量子计算最重要挑战之一的道路：在纠错量子比特上运行高保真逻辑门。”

参考链接：

[2]https://research.ibm.com/blog/quantum-magic-states?utm_medium=Share-From-Website&utm_source=LinkedIn

[3]https://www.linkedin.com/posts/quantumcomputingweb3_encoding-a-magic-state-with-beyond-break-even-activity-7151537020530540544-esLl