а: Принцип реализации физических кубитов с пространственными модами двух запутанных фотонов. А экспериментальная картина для каждого фотона проиллюстрирована на b. Экспериментальные результаты отказоустойчивых схем для логической работы однокубитного вентиля Адамара показаны на c, а результаты для логических операций с учетом следующего двухкубитного управляемого не-вентилятора показаны на d. Fp и fp представляют вероятности успешного вывода для кодированной и некодированной схемы соответственно. Отказоустойчивость проверяется при Fp > fp. Предоставлено: Кай Сун и др.

Работа с экспериментальными ошибками, которые могут возникнуть на каждом этапе квантовых схем, имеет большое значение, особенно при реализации квантовых вычислений. Вообще говоря, квантовая коррекция ошибок требует больше кубитов для выполнения операции исправления.

Однако отказоустойчивый метод, в котором логические кубиты кодируются несколькими физическими кубитами, а ошибка в физическом пространстве допустима и не предполагается ее исправление, предоставляет другой способ обработки ошибки, исключая кубит с ошибками из списка закодированного пространства.

Точнее, на том же оборудовании логические кубиты могли бы быть выведены с большей вероятностью в отказоустойчивой кодированной схеме, чем в некодированной, когда частота ошибок ниже порога. Что еще более важно, отказоустойчивую схему можно было проверить в небольшой системе, состоящей из нескольких кубитов. А пороговое значение — явное доказательство успеха отказоустойчивого метода — может быть определено при сравнении выходных вероятностей закодированных и некодированных цепей.

В новой статье, опубликованной в журнале Light Science & Application, группа ученых под руководством профессора Чуан-Фэн Ли из Ключевой лаборатории квантовой информации CAS Университета науки и технологий Китая использовала пространственные моды двух запутанных фотонов для построения экспериментальной платформы и непосредственно наблюдали порог отказоустойчивости для исследованных квантовых схем.

С физическими кубитами, представленными совпадающими подсчетами пространственных мод каждого фотона, два логических кубита кодируются и управляются посредством соответствующих операций над физическими кубитами . Искусственно импортируя частоту ошибок с чрезвычайно высокой точностью, мы могли сканировать диапазон частоты ошибок, который перекрывает порог. Когда вероятность успешного вывода закодированной схемы выше, чем у некодированной схемы, мы можем подтвердить точное значение порога, что подтверждается сильными результатами, включая однокубитные и двухкубитные операции в логической схеме.

Помимо облегчения исследования отказоустойчивых квантовых вычислений в масштабируемых системах, эта работа полезна для других задач квантовой информации, таких как очистка запутанности и квантовая связь на большие расстояния.

Наблюдая за порогом частоты ошибок, мы могли понять структуру деталей отказоустойчивых протоколов и судить об успешности отказоустойчивых протоколов. Ученые подводят итоги работы оптической платформы:

«Мы строим установку, основанную на пространственных модах двух фотонов, которая обладает следующими преимуществами: (1) высокая точность работы, что является жестким требованием отказоустойчивой схемы; (2) простота внесения искусственной ошибки и регулировки ее скорости. ; (3) представить прямую схему каждого шага в отказоустойчивом процессе и (4) легко реализовать отказоустойчивую кодированную схему и некодированную схему».

«Помимо типа ошибки, рассматриваемого в данной работе, на основе этой экспериментальной платформы могут быть исследованы и другие модели ошибок в универсальном отказоустойчивом протоколе. Например, путем расширения экспериментальной платформы, основанной на оптическом пространственном режиме, с однофотонной структуры до двух В рамках работы с запутанными фотонами эффект нелокальной ошибки может быть дополнительно исследован в отказоустойчивых квантовых вычислениях», — говорят ученые.