基于马约拉纳的仅测量表层编码架构制造技术

一种量子设备，包括使用多个马约拉纳量子比特岛实现纠错码的校正子测量电路。校正子测量电路适于通过执行仅测量操作的序列来实现校正子测量，其中每个仅测量操作涉及最多两个马约拉纳量子比特岛。马约拉纳量子比特岛。马约拉纳量子比特岛。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于马约拉纳的仅测量表层编码架构

技术介绍

[0001]马约拉纳费米子是它自己的反粒子费米子。马约拉纳费米子的零模可能位于缺陷上，如领域边界或旋涡。这种马约拉纳零模(MZM)对量子计算有吸引力，因为它们可以承载非局部的、受拓扑保护的状态空间。最近的一些实验已经表明，MZM可以存在于附接到超导体的一维半导体线的端部。MZM目前正在被探索作为可用于执行拓扑量子计算的量子比特的潜在构建块。
[0002]一种使用MZM的拓扑量子计算方法利用了一种方案，在该方案中MZM相对于彼此移动，并且这些移动在它们的非局部状态空间上产生变换序列(被称为“编织交换”或“编织变换”)，这些变换序列可以代表作用于被编码在这些状态空间中的量子比特状态的对应的计算门。例如，在特定的编码方案中，将一个准粒子顺时针围绕另一个准粒子移动可以与作用于量子比特的非门(Pauli X)相对应。为了读出量子比特，这对准粒子可能会被迫在纳米线上碰撞在一起，从而可以测量结果。有证据表明，MZM的编织变换可以被用于生成作用于量子比特系统的克利福德(Clifford)门集。
[0003]另一种使用MZM的拓扑量子计算方法利用量子态隐形传态的任意子模拟来产生编织变换，而没有将MZM在彼此之间进行物理传输。这种特别的方法表示了“仅测量拓扑量子计算”的一个例子。在这种方法中，量子态隐形传态是通过成对MZM的联合费米子奇偶校验的投影测量及辅助MZM的使用来实现的。量子态隐形传态的重复应用可能具有与上述的在其中MZM被物理地移动的方法中两个MZM的编织变换相同的效果。因此，MZM测量序列被执行以实现克利福德量子门集。本公开的技术属于后一种方法。

技术实现思路

[0004]根据一种实现，量子设备包括使用多个马约拉纳量子比特岛实现纠错码的校正子测量电路。该校正子测量电路适于通过执行仅测量操作的序列来实现校正子测量，每个仅测量操作涉及最多两个马约拉纳量子比特岛。
附图说明
[0005]图1示出了经由量子测量电路执行纠错的示例量子计算系统，该电路使用基于马约拉纳的仅测量架构实现表层编码。
[0006]图2A示出了可用于实现高效表层编码校正子测量的示例双面马约拉纳六子体架构。
[0007]图2B示出了可用于实现高效表层编码校正子测量的示例单面马约拉纳六子体架构。
[0008]图3示出了由介观超导岛形成的示例表层编码架构，其包括马约拉纳六子体和马约拉纳四子体。
[0009]图4示出了包括马约拉纳六子体和马约拉纳四子体岛的表层编码架构的示例的进一步方面。
[0010]图5和下面的讨论旨在提供对可在其中实现所公开技术的示例性计算环境的简要、一般描述。
具体实施方式
[0011]量子计算机可以使用量子纠错码(QECC)执行纠错。QECC将逻辑量子比特编码为物理量子比特的集合，使得逻辑量子比特的错误率低于物理错误率。近些年，已经提出数个纠错协议。只要以增加数目的物理量子比特为代价，物理错误率低于可接受的阈值，QECC就使得能够进行容错量子计算。
[0012]在量子处理过程中，编码受保护数据的数据量子比特的熵被传送给可以被丢弃的辅助量子比特。辅助量子比特被定位以与数据量子比特相互作用，以便可以通过测量辅助量子比特来检测误差，并且使用解码单元来校正这种误差。
[0013]一类重要的纠错码是稳定子码。在稳定子码的情况下，逻辑量子比特被定义为一定数目的对易(commuting)多量子比特泡利算符的同时+1特征向量空间，被称为稳定子。通过使用一组完整的对易的稳定子重复测量量子系统，与每个辅助比特相关联的数据比特被迫使进入所有稳定子的同时并且唯一的特征状态，从而允许测量稳定子而不扰乱系统。在测量结果改变时，这对应于一个或多个量子比特误差，并且通过测量将量子态投影到不同的稳定子特征状态上。
[0014]误差通过重复测量稳定子被检测，与+1的预期结果的偏差表明误差。
[0015]在稳定子码的类别内，表层编码被认为是用于容错量子计算的最具前景的QECC。最简单的实现被定义在量子比特的矩形晶格上，该晶格的方格被划分为棋盘格式的两个子晶格。每个方格有一个稳定子：针对一个子晶格，其是由方格周围的数据量子比特与四个泡利X算符的乘积给出的；针对另一个子晶格，其是由四个泡利Z算符对应的乘积给出的。
[0016]在用于实现表层编码的多数实际方案中，稳定子测量(例如，对方格周围的数据比特执行的四个泡利算符的乘积)通过向每个方格添加附加的辅助量子比特来实现，以特殊方式将其与邻近的数据量子比特缠绕在一起，并且最终对辅助量子比特执行单个量子比特测量。
[0017]由于在基于MZM的架构中，泡利算符的测量转换为受拓扑保护的奇偶校验测量，泡利稳定子码理想地映射到这样的架构中。根据所公开技术的一种实现，表层编码在量子设备中经由由介观(mesoscopic)超导岛形成的测量电路来实现，其在本文被更具体地称为马约拉纳六子体(或简称“六子体”)和马约拉纳四子体(或简称“四子体”)。在实现表层编码以校正测量误差中，经优化的稳定子测量通过测量被布置在最近邻介观超导岛上的受拓扑保护的基于马约拉纳量子比特的序列来实现。根据所提出的方法，该稳定子测量能够仅使用同时涉及两个或四个MZM的测量来执行(例如，2
‑
MZM或4
‑
MZM测量)，并且其中每个这样的测量涉及单个岛或者两个最近邻岛上的MZM。由于测量数目的减少以及测量中涉及的MZM的接近，与之前的仅测量方法相比，这种稳定子测量可以用明显更少的处理资源来实现。
[0018]下面，图1以及相关描述提供了量子计算系统和测量电路类型的概述，该测量电路可以使用所提出的基于马约拉纳的仅测量表层编码架构来实现。图2以及相关描述讨论了该架构的各个构建块，而关于图3
‑
图4的讨论介绍了所提出的表层编码架构的细节以及这种架构的示例性优化使用。
[0019]图1图示了量子计算系统100的示例，该系统经由使用基于马约拉纳的仅测量架构实现表层编码的校正子测量电路114执行误差校正。
[0020]量子计算系统100包括通过控制器102，该控制器102通过操纵在量子寄存器108内的量子比特来执行计算。为了在量子计算系统100中启用容错量子计算，读出设备112包括向量子比特寄存器108中的量子比特应用表层编码的校正子测量电路114。校正子测量电路114使用附加的量子比特(被称为“辅助量子比特”)来执行涉及量子寄存器108中的数据量子比特的计算。校正子测量电路114执行量子计算机中的辅助量子比特的测量，以提取提供关于误差(故障)的测量的信息。为了避免量子计算期间的误差累积，校正子数据不断地被测量，产生针对每轮校正子测量的r个校正子比特。在一种实现中，校正子数据以每1us的频率被测量。
[0021]由校正子测量电路114输出的校正子数据被发送到解码单元116，该解码单元116实现一个或多个QECC以分析校正子数据以及检测测量电路114内的每个误差的位置并且校正每个误本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种量子设备，包括：校正子测量电路，其使用多个马约拉纳量子比特岛来实现纠错码，所述校正子测量电路适于通过执行仅测量操作来实现校正子测量，每个所述仅测量操作涉及最多两个所述马约拉纳量子比特岛。2.根据权利要求1所述的量子设备，其中每个所述马约拉纳量子比特岛是马约拉纳四子体或马约拉纳六子体。3.根据权利要求1所述的量子设备，其中所述多个马约拉纳量子比特岛被排列为规则阵列。4.根据权利要求1所述的量子设备，其中所述纠错码是表层编码。5.根据权利要求1所述的量子设备，其中所述马约拉纳量子比特岛包括表示数据量子比特的四子体和表示辅助量子比特的六子体。6.根据权利要求1所述的量子设备，其中所述校正子测量包括多个稳定子测量，每个所述稳定子测量是由联合费米子奇偶校验测量的序列实现的。7.根据权利要求6所述的量子设备，其中所述联合费米子奇偶校验测量的序列中的每个测量对两个马约拉纳零模或四个马约拉纳零模进行测量。8.根据权利要求6所述的量子设备，其中所述联合费米子奇偶校验测量序列相对于测量资源成本函数被优化。9.根据权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：