Роберт Хуан — «Высокоскоростные qLDPC-процессоры», коллоквиум по прикладной физике и физике Стэнф...

Аннотация: Несмотря на значительный прогресс в разработке квантовых кодов с низкой плотностью проверок четности (qLDPC), создание высокоскоростных, высокопроизводительных, аппаратно-удобных и быстродекодируемых qLDPC-процессоров остается сложной задачей. Мы представляем коды-митенки — семейство qLDPC-процессорных кодов с коэффициентом кодирования 20% и весом проверки 9, основанных на неабелевых группах. Их неабелева структура позволяет обойти ограничения по расстоянию, присущие абелевым аналогам, что позволяет кодам-митенкам достигать расстояния 18 и более всего с несколькими сотнями кубитов данных. Логические операторы кода-митенки связаны действием группы, что обеспечивает модульный логический инструментарий с низкими накладными расходами: полные операции Клиффорда выполняются путем соединения двух многоразовых устройств для «хирургии начальных точек» или с помощью одного фиксированного экстрактора. Кроме того, qLDPC-процессоры на основе кодов-митенок поддерживают высокоскоростную «хирургию», которая выполняет множество логических измерений параллельно, и параллельную инъекцию магического состояния во все логические кубиты одновременно. При уровне шума на уровне схемы, с помощью нашего быстрого декодера, код [[300,60,14]] в форме варежки достигает, без экстраполяции, частоты логических ошибок блока ~10-11 за раунд при частоте физических ошибок (PER) 0,1%, в то время как код [[975,195,≤24]] достигает ~10-8 при PER 0,4%. Декодируя 15 миллиардов хирургических экспериментов на коде [[540,108,18]] при PER 0,1%, мы наблюдаем только две логические ошибки, демонстрируя, что процессор qLDPC способен выполнять ~1010 логических операций. Наш декодер совместим со средней задержкой менее миллисекунды на логический цикл, что достаточно для декодирования в реальном времени на аппаратном обеспечении нейтральных атомов. Обнаруженные с помощью комплексного конвейера проектирования, построенного на основе sQetch — алгоритма оценки расстояний, на порядки более быстрого, чем существующие инструменты, и эффективно отображающие ближайшую перспективу нейтральные атомы и сверхпроводящее оборудование, — «коды-перчатки» открывают практический путь к отказоустойчивым квантовым вычислениям. Хсин-Юань Хуан (Роберт) — главный технический директор Oratomic. В настоящее время он находится в отпуске с должности доцента теоретической физики в Калтехе. Он защитил докторскую диссертацию в Калтехе под руководством Джона Прескилла и Томаса Видика. Его исследования используют теорию обучения и алгоритмы обучения для развития квантовых вычислений, физики и информатики, включая классическую теневую томографию, машинное обучение для квантовых многочастичных задач и квантовые преимущества в обучении на основе экспериментов. Он является лауреатом премии Милтона и Фрэнсиса Клаузера за самую оригинальную докторскую диссертацию Калтеха 2024 года и обладателем именной профессорской должности имени Уильяма Х. Херта.