原位量子错误校正制造技术

通过闭环反馈并行优化连续运行的量子错误校正的方法、系统和装置。在一个方面，一种方法包括：在量子系统上的错误校正操作正在运行的同时，原位连续地且有效地优化量子位性能。该方法直接监视来自错误检测的输出，并提供该信息作为反馈来校准与量子系统相关联的量子门。在一些实现方式中，物理量子位在空间上被分割为一个或多个独立的硬件模式，其中可归因于每个硬件模式的错误是不重叠的。随后暂时交错硬件模式的一个或多个不同集合，使得所有物理量子位和操作被优化。该方法允许单独并且并行地执行硬件模式的每个部分的优化，并且可以导致O(1)缩放。

In situ quantum error correction

The method, system and device of quantum error correction for continuous operation are optimized by closed-loop feedback in parallel. In one aspect, a method includes in situ continuous and effective optimization of quantum bit performance while error correction operations on quantum systems are running. This method directly monitors the output from error detection and provides the information as feedback to calibrate the quantum gates associated with the quantum system. In some implementations, physical quantum bits are spatially divided into one or more independent hardware modes, where errors attributable to each hardware mode do not overlap. Then one or more different sets of hardware modes are temporarily interleaved, so that all physical quantum bits and operations are optimized. This method allows the optimization of each part of the hardware mode to be performed independently and in parallel, and can lead to O (1) scaling.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】原位量子错误校正
技术介绍
构造容错量子计算机需要优化物理门参数。诸如随机基准测试或断层扫描的表征方法要求中断必要的错误检测操作，并且不能保证在错误校正电路中的最佳性能。使用错误模型优化方法来优化物理门参数要求训练错误模型，使得测量的物理错误可以与物理门相联系，并且要求所确定的错误与控制参数的变化相联系，这增加了优化处理的复杂度。
技术实现思路
本说明书涉及量子计算中的量子位性能。本说明书描述了与在量子系统的错误校正操作正在运行时原位对量子位性能的连续和并行优化有关的技术。通常，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以包括：访问包括多个数据量子位的量子信息存储系统的动作；多个测量量子位，与数据量子位交错，使得每个数据量子位具有相邻的测量量子位；多个读出量子门，每个读出量子门被配置为对测量量子位操作；多个单个量子位量子门，每个单个量子位量子门被配置为对数据量子位或测量量子位操作；以及多个CNOT量子门，每个CNOT量子门被配置为对数据量子位和相邻测量量子位操作，并且每个CNOT门定义多个方向中的一个；将数据量子位和测量量子位分割为多个模式，其中至少一个模式经历模式的非重叠错误，其中模式的非重叠错误是可归因于模式的错误；对于包括测量量子位的模式：并行优化对测量量子位操作的读出量子门的参数；并且并行优化对测量量子位操作的单个量子位量子门的参数；对于包括由CNOT门操作的数据量子位和测量量子位的模式：并行优化对数据量子位操作的单个量子位量子门的参数；以及选择定义相同方向的CNOT门集合并针对所选择的CNOT门并行优化参数。该方面的其他实施方式包括记录在一个或多个计算机存储设备上的对应的计算机系统、装置和计算机程序，每个计算机系统被配置为执行所述方法的动作。一个或多个计算机的系统可以被配置为通过具有在操作中使得系统执行动作的在系统上安装的软件、固件、硬件或其组合，来执行特定操作或动作。一个或多个计算机程序可以被配置为通过包括在由数据处理装置执行时使装置执行动作的指令来执行特定操作或动作。前述和其他实施方式可以单独或组合地各自可选地包括以下特征中的一个或多个。在一些实施方式中，多个数据量子位和测量量子位被交错，使得多个数据量子位和测量量子位定义一维量子位链，并且多个方向包括第一方向和与第一方向相反的第二方向。在其他实施方式中，多个单个量子位门是相移门或旋转门。在一些情况下，数据量子位是控制量子位，并且相邻的测量量子位是每个CNOT门的目标量子位。在其他情况下，数据量子位是目标量子位，并且相邻的测量量子位是每个CNOT门的控制量子位。在一些实施方式中，并行优化对测量量子位进行操作的读出量子门的参数是使用闭环反馈的重复处理，其中每个重复包括并行地对于每个测量量子位：将用于最小化的对应量度定义为确定的错误率；测量测量量子位以确定当前错误率；存储所确定的当前错误率；计算当前错误率与来自先前重复的存储的错误率之间的错误率的变化；以及基于计算的错误率的变化来调整读出门参数。在一些情况下，基于用于最小化的定义的度量来调整读出门参数包括应用数值优化算法。在一些实施方式中，并行优化对测量量子位进行操作的单个量子位量子门的的参数是使用闭环反馈的重复处理，其中每个重复包括并行地对于每个测量量子位：将用于最小化的对应量度定义为确定的错误率；测量测量量子位以确定错误率；存储所确定的当前错误率；计算当前错误率与来自先前重复的存储的错误率之间的错误率的变化；并且基于计算的错误率的变化来调整单个量子位门参数。在一些情况下，基于用于最小化的定义的度量来调整单个量子位门参数包括应用数值优化算法。在一些实施方式中，并行优化对数据量子位进行操作的单个量子位量子门的参数是使用闭环反馈的重复处理，其中每个重复包括并行地针对每个数据量子位：定义用于最小化的相应量度作为确定的错误率；测量相应的测量量子位以确定错误率；存储所确定的当前错误率；计算当前错误率与来自先前重复的存储的错误率之间的错误率的变化；并且基于计算的错误率的变化来调整单个量子位门参数。在一些情况下，基于用于最小化的定义的度量来调整单个量子位门参数包括应用数值优化算法。在其它实施方式中，选择定义相同方向的CNOT门集合并针对所选择的CNOT门并行优化参数包括：针对CNOT门的每个所选择的集合，针对所选择的集合中的每个数据量化位：将用于最小化的对应度量定义为确定的错误率；测量对应的测量量子位以确定错误率；存储所确定的当前错误率；计算当前错误率与来自先前重复的存储的错误率之间的错误率的变化；以及基于所计算的错误率的变化来调整CNOT门参数。在一些情况下，基于用于最小化的定义的度量来调整单个量子位门参数包括应用数值优化算法。本说明书中描述的主题可以被实施以便实现以下优点中的一个或多个。通过在错误校正正在运行的同时在原位持续并有效地优化物理门参数以及由此的量子位性能，与使用其他表征方法的量子计算机相比，实现连续运行错误校正的并行优化的量子计算机的性能可以实现提高的性能和可靠性，所述其他表征方法可能需要中断必要的错误检测操作和其他计算。例如，实现连续运行错误校正的并行优化的量子计算机可以在系统正在运行的同时，对于每个量子位的每个门的每个参数抵制系统漂移，即，由于系统硬件变化(例如由于温度)的结果而引起的最佳参数的漂移，而不中断计算。在许多情况下，检测事件是在错误检测正在运行时反映系统性能的唯一可用信息。实现连续运行错误校正的并行优化的量子计算机需要检测事件，这是适用于许多不同形式的错误校正的重要技术。另外，与其他表征方法相比，实现连续运行错误校正的并行优化的量子计算机在错误校正电路中实现了改进的性能，因为错误校正操作的主要挑战是知道用其他方法表征的门将如何实际在许多量子位系统中的错误检测电路中执行。存储数据的量子位在计算期间通常不被测量，但仍然需要优化，这可以通过并行优化连续运行的错误校正来实现。实现连续运行错误校正的并行优化的量子计算机可以是无模型的，例如，初始描述可以是无模型的，并且避免了建立错误模型的需要。实现连续运行错误校正的并行优化的量子计算机因此也可以避免收集关于用于训练这种错误模型的各种错误类型的统计数据的需要，为了收集足够的统计数据，这要求物理系统远离低于阈值，使得单个一阶错误稀疏，因此与其他表征方法相比，节省了时间和所需的计算资源。此外，实现连续运行错误校正的并行优化的任意大小的量子计算机可实现用于优化量子计算机中的每个门的高水平的可缩放性，例如O(1)。在附图和下面的描述中阐述了本说明书的主题的一个或多个实施方式的细节。该主题的其他特征、方面和优点将从描述、附图和权利要求中变得显而易见。附图说明图1A是示例错误校正系统的一维示意图。图1B是示例错误校正系统中的量子位的二维示意透视图。图2A是包括量子位的一维阵列的错误校正系统中的示例硬件模式的一维示意透视图。图2B是包括量子位的一维阵列的错误校正系统中的示例硬件模式的一维示意透视图。图3是示例错误校正系统中的量子位的一维示意透视图的电路表示。图4是错误校正系统中示例硬件模式的二维示意透视图。图5是用于错误校正的示例过程的流程图。图6是用于优化测量量子位上的单个量子位量子门参数的示例过程的流程图。图7是用于优化数据量子位上的单个量子位量子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括与测量量子位数据通信的错误校正子系统，并且被配置为：将数据量子位和测量量子位分割成多个模式，其中至少一个模式经受模式的非重叠错误，其中模式的非重叠错误是可归因于所述模式的错误；对于包括测量量子位的每个模式：并行优化对测量量子位操作的读出量子门的参数；以及并行优化对测量量子位操作的单个量子位量子门的参数；对于包括由CNOT门操作的数据量子位和测量量子位的每个模式：并行优化对数据量子位操作的单个量子位量子门的参数；以及选择定义相同方向的CNOT门集合并且并行优化所选择的CNOT门的参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，包括与测量量子位数据通信的错误校正子系统，并且被配置为：将数据量子位和测量量子位分割成多个模式，其中至少一个模式经受模式的非重叠错误，其中模式的非重叠错误是可归因于所述模式的错误；对于包括测量量子位的每个模式：并行优化对测量量子位操作的读出量子门的参数；以及并行优化对测量量子位操作的单个量子位量子门的参数；对于包括由CNOT门操作的数据量子位和测量量子位的每个模式：并行优化对数据量子位操作的单个量子位量子门的参数；以及选择定义相同方向的CNOT门集合并且并行优化所选择的CNOT门的参数。2.如权利要求1所述的装置，还包括：多个数据量子位；多个测量量子位，与数据量子位交错，使得每个数据量子位具有一个或多个相邻测量量子位；多个读出量子门，每个读出量子门被配置为对测量量子位操作；多个单个量子位量子门，每个单个量子位量子门被配置为对数据量子位或测量量子位操作；多个CNOT量子门，每个CNOT量子门被配置为对数据量子位和相邻测量量子位操作，并且每个CNOT门定义多个方向中的一个。3.如权利要求2所述的装置，其中所述多个数据量子位和测量量子位被交错，使得所述多个数据量子位和测量量子位定义一维量子位链，并且所述多个方向包括第一方向和与第一方向相反的第二方向。4.如权利要求2所述的装置，其中所述多个单个量子位门是相移门或旋转门。5.如权利要求2所述的装置，其中，所述数据量子位是控制量子位，并且所述相邻测量量子位是每个CNOT门的目标量子位。6.如权利要求2所述的装置，其中，所述数据量子位是目标量子位，并且所述相邻测量量子位是每个CNOT门的控制量子位。7.如权利要求1所述的装置，其中为了并行地优化对所述测量量子位操作的读出量子门的参数，所述错误校正子系统被配置为使用闭环反馈执行重复处理，其中在每次重复时，所述错误校正子系统被配置为：将用于最小化的对应度量定义为确定的错误率；测量测量量子位以确定当前错误率；存储所确定的当前错误率；计算当前错误率与来自先前重复的存储的错误率之间的错误率的变化；以及基于所计算的错误率的变化来调整读出门参数。8.如权利要求7所述的装置，其中为了基于所计算的错误率的变化来调整所述读出门参数，所述错误校正子系统被配置为应用数值优化算法。9.如权利要求1所述的装置，其中为了并行优化对所述测量量子位操作的单个量子位量子门的参数，所述错误校正子系统被配置为使用闭环反馈执行重复处理，其中在每次重复时，所述错误校正子系统被配置为并行地针对每个测量量子位：将用于最小化的对应度量定义为确定的错误率；测量测量量子位以确定错误率；存储所确定的当前错误率；计算当前错误率与来自先前重复的存储的错误率之间的错误率的变化；以及基于所计算的错误率的变化来调整单个量子位门参数。10.如权利要求9所述的装置，其中为了基于所计算的错误率的变化来调整所述单个量子位门参数，所述错误校正子系统被配置为应用数值优化算法。11.如权利要求1所述的装置，其中为了并行优化对所述数据量子位操作的单个量子位量子门的参数，所述错误校正子系统被配置为使用闭环反馈执行重复处理，其中在每次重复，所述错误校正子系统被配置为并行地针对每个数据量子位：将用于最小化的对应度量定义为确定的错误率；测量对应的测量量子位以确定错误率；存储所确定的当前错误率；计算当前错误率与来自先前重复的存储的错误率之间的错误率的变化；以及基于所计算的错误率的变化来调整单个量子位门参数。12.如权利要求11所述的装置，其中为了基于所计算的错误率的变化来调整所述单个量子位门参数，所述错误校正子系统被配置为应用数值优化算法。13.如权利要求1所述的装置，其中为了选择定义相同方向的CNOT门的集合、并且针对所选择的CNOT门来并行优化参数，所述错误校正子系统被配置为针对CNOT门的每个被选择的集合：对于所选择的集合中的每个数据量子位，并行地：将用于最小化的对应度量定义为确定的错误率；测量对应的测量量子位以确定错误率；存储所确定的当前错误率；计算当前错误率与来自先前重复的存储的错误率之间的错误率的变化；以及基于所计算的错误率的变化来调整CNOT门...

【专利技术属性】
技术研发人员：JS凯利，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US