通过准概率分解的容错T门制造技术

使用准概率分解方法，将量子误差校正和量子误差减轻相结合的技术被用于以低采样开销模拟容错T门。在一些实施例中，可使用两个逻辑位和减少对魔幻态提取的需要且因此具有低取样开销的魔幻态准备来模拟T门。或者，可基于对表面码执行的码变形来模拟T门。基于学习的逻辑错误率使用准概率分解从T门去除噪声。辑错误率使用准概率分解从T门去除噪声。辑错误率使用准概率分解从T门去除噪声。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过准概率分解的容错T门


本主题公开涉及量子计算，并且更具体地，涉及用于促进量子计算设备中的错误减轻的技术。

技术实现思路

以下给出了概述以提供对本专利技术的一个或多个实施例的基本理解。本概述不旨在标识关键或重要元素，或描绘特定实施例的任何范围或权利要求的任何范围。其唯一目的是以简化形式呈现概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。在本文描述的一个或多个实施例中，描述了促进量子计算设备的错误缓解的系统、设备、计算机实现的方法和/或计算机程序产品。根据实施例，一种系统可以包括：模拟组件，其使用被编码成纠错码的逻辑量子位以及魔幻态(magic state)或表面代码的代码变形中的至少一个来模拟编码的T门；以及校正组件，其使用准概率分解来校正编码的T门上的噪声。根据另一实施例，一种计算机实现的方法可以包括：由系统使用被编码成纠错码的逻辑量子位以及表面代码的魔幻态或代码变形中的至少一个来模拟编码的T门；以及由系统使用准概率分解来校正编码的T门上的噪声。根据另一实施例，计算机程序产品可以包括具有程序指令的计算机可读存储介质。所述程序指令可由处理器执行以使所述处理器使用被编码成纠错码的逻辑量子位以及表面代码的魔幻态或代码变形中的至少一者来模拟编码T门；以及由处理器使用准概率分解来校正编码的T门上的噪声。
附图说明
图1示出了使用魔幻态和仅Clifford运算的T门的示例性非限制性实现。图2示出了可以构造容错(fault
‑
tolerant)T门的示例性非限制性系统的框图。图3是噪声T门的表示，其可以被认为等同于其上存在噪声N的理想T门。图4是示出准概率分解方法的示例非限制性电路的表示。图5a是对于ε
i
＝ε1＝0和ε2＝ε的情况，经由表面编码T门模拟方法的采样开销γ(sampling overhead)作为物理错误率ε的函数的曲线图。图5b是对于ε
i
＝ε1＝ε2/10和ε2＝ε的情况，经由表面编码T门模拟方法的采样开销γ作为物理错误率ε的函数的曲线图。图6示出了通过代码变形的容错T门的实现。图7是示例5x5表面编码的表示。图8示出了用于使用代码变形来实现容错T门的示例性非限制性序列。图9示出了可以创建容错T门的示例性、非限制性计算机实现的方法的流程图。图10示出了其中可促进此处所描述的一个或多个实施例的示例、非限制性操作环境的框图。
图11描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的云计算环境。图12描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的抽象模型层。
具体实施方式
以下详细描述仅是说明性的，并且不旨在限制实施例和/或实施例的应用或使用。此外，并不意图受前面的
技术介绍
或
技术实现思路
部分或具体实施方式部分中呈现的任何明示或暗示的信息的约束。现在参考附图描述一个或多个实施例，其中相同的附图标记始终用于表示相同的元件。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对一个或多个实施例的更透彻理解。然而，在各种情况下，显然可在没有这些特定细节的情况下实践所述一个或一个以上实施例。传统的计算机对二进制数字(或比特)进行操作，该二进制数字将信息存储或表示为二进制状态以执行计算和信息处理功能。相反，量子计算设备对量子比特(或量子位)进行操作，量子比特将信息存储或表示为二进制状态和二进制状态的叠加两者。为此，量子计算设备利用量子力学现象，诸如纠缠和干扰。量子计算使用量子位作为其基本单元，而不是经典的计算比特。量子位(例如，量子二进制数字)是经典比特的量子力学模拟。尽管经典比特可以仅在两个基态(例如0或1)之一上使用，但是量子位可以在这些基态的叠加上使用(例如，α|0>+β|1>，其中α和β是复数标量，使得|α|2+|β|2＝1)，从而允许多个量子位理论上比相同数量的经典比特按指数方式保持更多的信息。因此，理论上，量子计算机(例如，采用量子位代替经典位或除了经典位之外还采用量子位的计算机)可以快速地解决对于经典计算机可能极其困难的问题。由于经典计算机的比特仅仅是具有0或1的值的二进制数字，所以具有两个不同状态的几乎任何设备都可以用于表示经典比特；例如开关、阀、磁体、硬币或其它这种双态装置。量子神秘的一部分的量子位可以占据0和1状态的叠加。这与具有0和1之间的中间值不同.当测量量子位的状态时，结果是0或1，然而，在计算过程中，量子位可以表现为好像它代表两种状态的混合；例如63％的0和37％的1。一般的量子程序协调量子和计算的经典部分。在考虑一般量子程序时，识别在指定量子算法、将算法变换成可执行形式、运行实验或模拟以及分析结果中涉及的过程和抽象是有益的。这些过程依赖于计算的中间表示。中间表示(IR)既不是其源语言描述，也不是目标机器指令，而是在它们之间的一些东西。编译器可以在翻译和优化程序的过程期间使用若干IR。这些编译器的输入是描述量子算法和编译时间参数的源代码，并且输出是使用高级IR表达的组合量子/经典程序。与传统计算机相反，量子计算机是概率性的，因此算法输出的测量在算法特定的置信区间内提供了适当的解。然后重复该计算，直到可以实现满意的可能的解确定性。量子计算机能够比经典计算设备快得多地执行任务。然而，由于量子信息的脆弱本质，量子计算机将固有地有噪声。量子误差校正和容错量子计算的理论建议如何能够可靠地对有错误的设备执行复杂的计算。阈值定理确保，给定物理门的噪声水平低于大于零的某个恒定阈值则在任意低的错误率下任意长的计算是可能的。给定电路的容错实现的成本是多对数空间开销(polylogarithmic space overhead)。更准确地说，为了保证
具有|C|位置的电路C的最终故障概率δ，可能需要O(log log(|C|/δ))个级别的编码，这导致的空间开销。目前，这种开销妨碍容错量子计算。对于可以横向实现的门，容错开销相对较小，因为根据定义，这些门是容错的，因为它们不会传播实质的误差。然而，Eastin
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Knill定理表明没有量子纠错码可以横向地实现一组通用门。此外，已知Clifford门组是横向于(自双)CSS代码的，例如表面代码。为了获得通用的门组，Clifford门必须与附加门例如T门(非Clifford门)组合，根据Eastin
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Knill，该附加门不能横向地实现CSS代码。以较小的开销实现容错T门是一项重要的任务。根据一种方法，可以使用被称为魔幻态提取(distillation)的技术来容错地准备具有低噪声的魔幻态，然后可以利用Clifford电路将其转换成T门。图1示出了使用魔幻态和仅Clifford运算的T门102的示例性实现。此方法可减少将容错T门(即，即使在有错误的装置上也能够可靠地执行计算的T门)实施到准备容错魔幻态的任务的问题。后一项任务可以通过魔幻态提取来实现，由此将若干噪声魔幻态转换成较少的保真度更好的魔幻态。然而，魔幻态提取是用于实现通用容错量子计算的巧妙方法，用于获得低噪声魔幻态的魔幻态提取过程在实践中可导致相当大的开销。为了解决这些和其它问题，本文描述的一个或多个实施例涉及用于以相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，包括：执行存储在存储器中的计算机可执行组件的处理器，其中所述计算机可执行组件包括：模拟组件，其使用被编码成纠错码的逻辑量子位以及魔幻态或表面代码的代码变形中的至少一个来模拟编码的T门；以及校正组件，其使用准概率分解来校正所述编码的T门上的噪声。2.根据前一权利要求所述的系统，其中，所述模拟组件将所述编码的T门模拟为包括Clifford门并且采用两个逻辑量子位的量子电路；以及其中所述两个逻辑量子位中的一个包括所述魔幻态。3.根据前一权利要求所述的系统，其中，所述量子电路包括受控非(CNOT)门和受控相移门；其中包括所述魔幻态的所述两个逻辑量子位中的第一逻辑量子位被提供给所述受控相移门并且被提供作为对所述CNOT门的控制；其中，所述两个逻辑量子位中的第二逻辑量子位被提供给所述CNOT门；以及其中，所述CNOT门的输出的测量结果被提供作为对所述受控相移门的控制。4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述模拟组件使用所述代码变形通过以下步骤来模拟所述编码的T门：对给定代码执行第一代码变形以展示权重1逻辑Z算子来产生变形的代码；将逻辑T门模拟为所述变形的代码中的物理T门；以及对所述变形代码执行第二代码变形以将所述代码返回到其在所述第一代码变形的所述执行之前的形式。5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述校正组件：学习所述编码的T门的错误率，并基于所述错误率产生噪声图N；以及通过准概率分解应用所述噪声图的逆N
‑1来校正所述编码的T门上的所述噪声。6.根据前述权利要求所述的系统，其中，所述校正组件根据下式求出所述准概率分解的分解其中：其中：U是对应于所述编码的T门的酉算子；M是分解尺寸；α
i
是准概率系数；ε
i
是在量子硬件上实现的量子信道；以及γ是采样开销。
7.根据前述权利要求所述的系统，其中，对于包括所述编码的T门的量子电路的相应执行，所述校正组件：根据分布p
i
随机选择i；用ε
i
代替门U；以及用γsign(α
i
)对测量结果加权。8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，使用所述魔幻态或所述代码变形中的至少一个对所述编码的T门的模拟以及使用准概率分解对所述噪声的校正减轻了使用魔幻态提取来对所述编码的T门进行容错模拟。9.一种计算机实现的方法，包括：由系统使用被编码成纠错码的逻辑量子位以及魔幻态或表面代码的代码变形中的至少一个来模拟编码的T门；以及由所述系统使用准概率分解来校正所述编码的T门上的噪声。10.根据前述权利要求所述的计算机实现的方法，其中，所述模拟包括将所述编码的T门模拟为包括Clifford门并且采用两个逻辑量子位的量子电路；以及其中所述两个逻辑量子位中的一个包括所述魔幻态。11.根据前述权利要求所述的计算机实现的方法，其中，所述量子电路包括受控非(CNOT)门和受控相移门；其中，包括所述魔幻态的所述两个逻辑量子位中的第一逻辑量子位被提供给所述受控相移门并且被提供作为对所述CNOT门的控制；其中，所述两个逻辑量子位中的第二逻辑量子位被提供给所述CNOT门；以及其中，所述CNOT门的输出的测量结果被提供作为对所述受控相移门的控制。12...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：