Omgaan met experimentele fouten, die in elke stap van kwantumcircuits kunnen voorkomen, is van groot belang, vooral bij de implementatie van kwantumberekening. Over het algemeen vereist kwantumfoutcorrectie meer qubits om de correctiebewerking uit te voeren.

De fouttolerante methode, waarbij logische qubits worden gecodeerd met verschillende fysieke qubits en de fout in de fysieke ruimte is toegestaan ​​en naar verwachting niet zal worden gecorrigeerd, biedt echter een andere manier om de fout te behandelen door de qubit met fouten uit te sluiten van de gecodeerde ruimte.

Om preciezer te zijn, op basis van dezelfde hardware zouden logische qubits met een grotere waarschijnlijkheid kunnen worden uitgevoerd in het fouttolerante gecodeerde circuit dan in het niet-gecodeerde circuit wanneer het foutenpercentage onder de drempel ligt. Wat nog belangrijker is, is dat het fouttolerante circuit kan worden geverifieerd in een klein systeem dat uit meerdere qubits bestaat. En de drempel - expliciet bewijs om het succes van de fouttolerante methode te ondersteunen - kon worden bepaald door de uitvoerwaarschijnlijkheden van gecodeerde circuits en niet-gecodeerde circuits te vergelijken.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Light Science &Application , heeft een team van wetenschappers, geleid door professor Chuan-Feng Li van CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China, de ruimtelijke modi van twee verstrengelde fotonen gebruikt om een ​​experimenteel platform te bouwen en de fout direct waargenomen. tolerante drempel voor de onderzochte kwantumcircuits.

Met de fysieke qubits vertegenwoordigd door samenvallende tellingen van de ruimtelijke modi van elk foton, worden twee logische qubits gecodeerd en gemanipuleerd door de overeenkomstige bewerkingen op de fysieke qubits. Door het foutenpercentage kunstmatig met een extreem hoge nauwkeurigheid te importeren, kunnen we het bereik van het foutenpercentage scannen dat de drempel dekt. Wanneer de kans op succes van de gecodeerde schakeling hoger is dan die van de niet-gecodeerde schakeling, kunnen we de exacte waarde van de drempel bevestigen, die wordt ondersteund door de sterke resultaten, waaronder de bewerkingen met één qubit en twee qubits in de logische ruimte.

Naast het vergemakkelijken van het onderzoek naar fouttolerante kwantumberekening in schaalbare systemen, is dit werk nuttig voor andere kwantuminformatietaken, zoals verstrengelingszuivering en kwantumcommunicatie over lange afstand.

Door de drempelwaarde voor het foutpercentage te observeren, konden we het detailkader van fouttolerante protocollen begrijpen en het succes van fouttolerantie beoordelen. De wetenschappers vatten de prestaties van een optisch platform samen:

"We construeren de opstelling op basis van de ruimtelijke modi van twee fotonen die de volgende voordelen vertonen:(1) zeer nauwkeurige werking, wat de rigide vereiste is van een fouttolerante schakeling; (2) gemakkelijk om de kunstmatige fout te importeren en de snelheid aan te passen; (3) presenteer het rechte patroon van elke stap in het fouttolerante proces; en (4) het is eenvoudig om het fouttolerante gecodeerde circuit en het niet-gecodeerde circuit te implementeren."

"Naast het fouttype dat in dit werk wordt overwogen, zouden andere foutmodellen in een universeel fouttolerant protocol kunnen worden onderzocht op basis van dit experimentele platform. Bijvoorbeeld door het experimentele platform op basis van de optische ruimtelijke modus uit te breiden van een enkel fotonraamwerk naar twee -entangled-photon framework in dit werk, zou het niet-lokale fouteffect verder kunnen worden onderzocht in de fouttolerante kwantumberekening", zeggen de wetenschappers. + Verder verkennen

Onderzoeksteam zet belangrijke stap in quantum computing met foutcorrectie