a:Princípio para implementar qubits físicos com os modos espaciais de dois fótons emaranhados. E o padrão experimental em cada fóton é ilustrado em b. Os resultados experimentais dos circuitos tolerantes a falhas para a operação lógica da porta Hadamard de qubit único são mostrados em c, e os resultados para as operações lógicas considerando uma porta não controlada de dois qubits a seguir são mostrados em d. Fp e fp representam as probabilidades de saída de sucesso para o circuito codificado e o circuito não codificado, respectivamente. A maneira tolerante a falhas é verificada com Fp>
fp. Crédito:Kai Sun et al.
Lidar com erros experimentais, que podem ocorrer em todas as etapas dos circuitos quânticos, é de grande importância, principalmente na implementação da computação quântica. De um modo geral, a correção de erros quânticos requer mais qubits para realizar a operação de correção.
No entanto, o método tolerante a falhas, no qual os qubits lógicos são codificados com vários qubits físicos e o erro no espaço físico é permitido e não se espera que seja corrigido, fornece outra maneira de tratar o erro excluindo o qubit com erros do espaço codificado.
Para ser mais preciso, com base no mesmo hardware, os qubits lógicos podem ser emitidos com uma probabilidade melhor no circuito codificado tolerante a falhas do que no circuito não codificado quando a taxa de erro estiver abaixo do limite. Mais importante, o circuito tolerante a falhas pode ser verificado em um pequeno sistema composto por vários qubits. E o limite – evidência explícita para apoiar o sucesso do método tolerante a falhas – pode ser determinado ao comparar as probabilidades de saída de circuitos codificados e circuitos não codificados.
Em um novo artigo publicado em
Light Science &Application , uma equipe de cientistas, liderada pelo professor Chuan-Feng Li do CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China, explorou os modos espaciais de dois fótons emaranhados para construir uma plataforma experimental e observaram diretamente a falha. limiar tolerante para os circuitos quânticos investigados.
Com os qubits físicos representados por contagens coincidentes dos modos espaciais de cada fóton, dois qubits lógicos são codificados e manipulados através das operações correspondentes nos qubits físicos. Importando a taxa de erro artificialmente com uma precisão extremamente alta, podemos escanear a faixa de taxa de erro que cobre o limite. Quando a probabilidade de saída de sucesso do circuito codificado é maior do que a do circuito não codificado, podemos confirmar o valor exato do limite, que é suportado pelos resultados fortes, incluindo as operações de qubit único e de dois qubits na lógica espaço.
Além de facilitar a investigação de computação quântica tolerante a falhas em sistemas escaláveis, este trabalho é útil para outras tarefas de informação quântica, como purificação de emaranhamento e comunicação quântica de longa distância.
Observando o limite da taxa de erro, podemos entender a estrutura detalhada dos protocolos tolerantes a falhas e julgar o sucesso dos tolerantes a falhas. Os cientistas resumem o desempenho da plataforma óptica:
"Construímos a configuração com base nos modos espaciais de dois fótons que manifestam as seguintes vantagens:(1) operação de alta precisão que é o requisito rígido do circuito tolerante a falhas; (2) fácil importar o erro artificial e ajustar sua taxa; (3) apresentar o padrão direto de cada etapa do processo tolerante a falhas; e (4) fácil de implementar o circuito codificado tolerante a falhas e o circuito não codificado."
"Além do tipo de erro considerado neste trabalho, outros modelos de erro em um protocolo universal tolerante a falhas podem ser investigados com base nesta plataforma experimental. -emaranhado de fótons neste trabalho, o efeito de erro não local pode ser investigado mais profundamente na computação quântica tolerante a falhas", dizem os cientistas.
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