五量子比特码的不同CNOT结构的量子电路布局。电路不同部分用不同的颜色表示。灰色的部分在每个结构中都是不变的;在实验的不同结构中,绿色部分是不同的:容错初始化、双量子比特QEC循环,以及测量输出方案。
用于测试色码的横向CNOT门的不同实例电路。使用与五量子比特码电路图相同的符号,灰色方框表示所有实例中都使用的电路部分,绿色方框表示用于增加容错量的附加电路。
左:五个不同的五量子比特码实验的逻辑保真度与两量子比特门数比较。红色方块表示X基态,蓝色三角形表示Z基态,绿色星星表示X和Z基态的混合物,在CNOT门的作用下理想地产生贝尔对;右:实验和模拟的逻辑保真度与七个不同颜色代码实验中的双比特门数的对比。红色、蓝色和绿色的标记分别表示理想情况下产生X、Z和贝尔基的输出状态。实线代表实验数据,虚线代表模拟数据。
五量子比特码和色码的贝尔态实验对逻辑错误率的影响。
色代显示出了更好的结果,部分原因是能够使用横向CNOT门。该团队进行了七次实验,以研究这些代码的容错潜力。对于色码,研究人员发现状态制备和测量电路受益于容错电路的增加,并显著降低了错误率:逻辑量子比特为99.94%,而物理量子比特为99.68%。这是使电路从端到端容错所需的唯一附加电路,因为逻辑CNOT是横向的,自然具有容错能力。
因此,研究人员得出结论,“色码相对经济的容错电路将比高效的五量子比特码提供更好的计算平台。”
Hayes表示,该团队的下一步将是超越盈亏平衡点,并提供工作证明。“我们正在获得证据,证明我们真的非常接近那个点,但要真正证明它,还有很多工作需要做。仅仅到达那里是不够的,你必须真正超越它。”
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新的经典+量子连接
该实验的另一个进展是一个具有增强功能的新型经典处理器,这对于可扩展的算法解码器来说至关重要。