一种基于新型量子位交互拓扑的量子表面码的纠错受控非门制造技术

本发明专利技术公开了一种基于新型量子位交互拓扑的量子表面码的纠错受控非门，所述纠错受控非门由附属逻辑量子位A、控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T构成，所述附属逻辑量子位A分别和控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T连接，所述附属逻辑量子位A、控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T均是基于二阶蜂巢结构的X‑Z稳定器，利用基于二阶蜂巢结构的X‑Z稳定器作为一个逻辑量子位来减少单个逻辑量子位需要的物理量子位个数，从而减少需要三个逻辑量子位的基于量子表面码的纠错受控非门的物理量子位个数，并降低基于量子表面码的纠错受控非门的实现代价，同理可降低基于量子表面码的纠错受控非门的其他可纠错量子逻辑门实现代价。

【技术实现步骤摘要】
一种基于新型量子位交互拓扑的量子表面码的纠错受控非门
本专利技术涉及量子计算机，尤其涉及一种基于新型量子位交互拓扑的量子表面码的纠错受控非门。
技术介绍
随着量子计算的不断发展，其对诸多领域可能带来的潜在或直接的颠覆性影响被得到越来越多的学者认同。目前的真实量子系统，由于集成的量子位数量还不多(100量子位以内)，并且存在量子退相干等影响计算结果的噪声，因此被称为“中等规模有噪声量子计算机(NISQ)”。由于噪声的存在，NISQ系统中的量子操作过程是“易出错的”，其出错通常表现在两个方面：门错误和退相干。门错误是指某个量子态在经过某个量子门操作后有一定概率输出为错误的量子态结果，而退相干是指某量子比特经过一定的时间会丢失其原先保存的信息，因此需要用量子纠错码(QECC)来实现纠错。目前量子纠错码有斯泰恩码(SteaneCode)和表面码(SurfaceCode)等。相比斯泰恩码，由于需要的额外量子位更少，线路深度更低，表面码有着更好的技术前景。基于量子表面码的受控非门可用于与H门，S门，T门构成纠错通用逻辑门集，在纠错码的基础上提供纠错通用逻辑门集，以便实现对量子位的操作，从而达到纠错量子计算。L.Lao、B.vanWee、I.Ashraf、J.vanSomeren、N.Khammassi、K.Bertels、C.G.Almudever1Austin在其发表的论文“MappingofLatticeSurgery-basedQuantumCircuitsonSurfaceCodeArchitectures”(arXiv:1805.11127v1[quant-ph]28May2018)中提出一种基于“二维网格”架构的满足表面码的纠错受控非门(CNOT门)，一个可纠错的CNOT门需要添加一个额外的附属量子位A，即需要3个逻辑量子位来实现。其中，每个逻辑量子位由17个物理量子位构成，并且拥有两种边界：X边界和Z边界。根据边界的不同，3个逻辑量子位之间可以形成紧密排布或松散排布，其中3个逻辑量子位紧密排布的基于表面码的纠错CNOT门需要51个物理量子位，3个逻辑量子位松散排布的基于表面码的纠错CNOT门需要49个物理量子位，该方法仍然存在的不足之处是，二维结构中最邻近的物理量子位对数最多为4对，导致基于表面码的纠错CNOT门需要的物理量子位较多，导致基于量子表面码的纠错CNOT门的实现时需要的代价较大，同理可知基于量子表面码的纠错CNOT门的其他纠错量子逻辑门实现代价也会较大。因此，需要一种基于新型量子位交互拓扑的量子表面码的纠错受控非门来降低实现纠错量子逻辑门的实现代价。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种新型量子位交互拓扑的量子表面码的纠错受控非门，利用基于二阶蜂巢结构的X-Z稳定器作为一个逻辑量子位来减少单个逻辑量子位需要的物理量子位个数，从而减少需要三个逻辑量子位的基于量子表面码的纠错受控非门的物理量子位个数，从而降低基于量子表面码的纠错CNOT门的实现代价，同理可降低基于量子表面码的纠错CNOT的其他可纠错量子逻辑门实现代价。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于新型量子位交互拓扑的量子表面码的纠错受控非门，所述纠错受控非门由附属逻辑量子位A、控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T构成，所述附属逻辑量子位A分别和控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T连接，所述附属逻辑量子位A、控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T均是基于二阶蜂巢结构的X-Z稳定器。进一步地，所述附属逻辑量子位A分别和控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T连接构成松散型结构。进一步地，所述附属逻辑量子位A分别和控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T连接构成紧凑型结构。进一步地，所述X-Z稳定器的附属物理量子位X及附属物理量子位Z分别位于二阶蜂巢结构的中心位置，所述X-Z稳定器的6个数据物理量子位分别位于二阶蜂巢结构的顶层及底层顶点位置。本专利技术的有益效果在于：利用二阶蜂巢结构的X-Z稳定器作为一个逻辑量子位来减少单个逻辑量子位需要的物理量子位个数，从而减少需要三个逻辑量子位的基于量子表面码的纠错受控非门的物理量子位个数，从而降低基于量子表面码的纠错CNOT门的实现代价，同理可降低基于量子表面码的纠错CNOT的其他可纠错量子逻辑门实现代价。附图说明图1为基于二维网格结构的纠错受控非门紧凑型结构图；图2为基于二维网格结构的纠错受控非门松散型结构图；图3为本专利技术一实施例中基于二阶蜂巢结构的X-Z稳定器结构图；图4为本专利技术一实施例中X-Z稳定器的量子逻辑线路图；图5为本专利技术一实施例中基于新型量子位交互拓扑的量子表面码的纠错受控非门紧凑型结构图；图6为本专利技术一实施例中基于新型量子位交互拓扑的量子表面码的纠错受控非门松散型结构图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利技术的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。图1及图2分别显示了现有技术中基于二维网格结构的纠错受控非门紧凑型结构及松散型结构，纠错受控非门由附属逻辑量子位A、控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T构成，所述附属逻辑量子位A分别和控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T连接，其中，每个逻辑量子位均由17个物理量子位构成(9个数据物理量子位及8个附属物理量子位)，并且拥有两种边界：X边界和Z边界。图1中基于二维网格结构的纠错受控非门紧凑型结构需要51个物理量子位，图2中基于二维网格结构的纠错受控非门松散型结构需要49个物理量子位。本专利技术提供的一种基于新型量子位交互拓扑的量子表面码的纠错受控非门，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于新型量子位交互拓扑的量子表面码的纠错受控非门，所述纠错受控非门由附属逻辑量子位A、控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T构成，其特征在于，所述附属逻辑量子位A分别和控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T连接，所述附属逻辑量子位A、控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T均是基于二阶蜂巢结构的X-Z稳定器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于新型量子位交互拓扑的量子表面码的纠错受控非门，所述纠错受控非门由附属逻辑量子位A、控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T构成，其特征在于，所述附属逻辑量子位A分别和控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T连接，所述附属逻辑量子位A、控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T均是基于二阶蜂巢结构的X-Z稳定器。


2.根据权利要求1所述的基于新型量子位交互拓扑的量子表面码的纠错受控非门，其特征在于，所述附属逻辑量子位A分别和控制逻辑量子位C及目标逻辑量子位T连接构成松...

【专利技术属性】
技术研发人员：管致锦，丁飞，程学云，朱鹏程，张超，牛义仁，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32