[发明专利]原位量子错误校正

说明书

通过闭环反馈并行优化连续运行的量子错误校正的方法、系统和装置。在一个方面，一种方法包括：在量子系统上的错误校正操作正在运行的同时，原位连续地且有效地优化量子位性能。该方法直接监视来自错误检测的输出，并提供该信息作为反馈来校准与量子系统相关联的量子门。在一些实现方式中，物理量子位在空间上被分割为一个或多个独立的硬件模式，其中可归因于每个硬件模式的错误是不重叠的。随后暂时交错硬件模式的一个或多个不同集合，使得所有物理量子位和操作被优化。该方法允许单独并且并行地执行硬件模式的每个部分的优化，并且可以导致O(1)缩放。

技术领域

本说明书涉及量子计算，并且更特别地，涉及量子计算中的量子位性能。

背景技术

构造容错量子计算机需要优化物理门参数。诸如随机基准测试或断层扫描的表征方法要求中断必要的错误检测操作，并且不能保证在错误校正电路中的最佳性能。使用错误模型优化方法来优化物理门参数要求训练错误模型，使得测量的物理错误可以与物理门相联系，并且要求所确定的错误与控制参数的变化相联系，这增加了优化处理的复杂度。

发明内容

本说明书描述了与在量子系统的错误校正操作正在运行时原位对量子位性能的连续和并行优化有关的技术。

通常，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以包括：访问包括多个数据量子位的量子信息存储系统的动作；多个测量量子位，与数据量子位交错，使得每个数据量子位具有相邻的测量量子位；多个读出量子门，每个读出量子门被配置为对测量量子位操作；多个单个量子位量子门，每个单个量子位量子门被配置为对数据量子位或测量量子位操作；以及多个CNOT量子门，每个CNOT量子门被配置为对数据量子位和相邻测量量子位操作，并且每个CNOT门定义多个方向中的一个；将数据量子位和测量量子位分割为多个模式，其中至少一个模式经历模式的非重叠错误，其中模式的非重叠错误是可归因于模式的错误；对于包括测量量子位的模式：并行优化对测量量子位操作的读出量子门的参数；并且并行优化对测量量子位操作的单个量子位量子门的参数；对于包括由CNOT门操作的数据量子位和测量量子位的模式：并行优化对数据量子位操作的单个量子位量子门的参数；以及选择定义相同方向的CNOT门集合并针对所选择的CNOT门并行优化参数。

该方面的其他实施方式包括记录在一个或多个计算机存储设备上的对应的计算机系统、装置和计算机程序，每个计算机系统被配置为执行所述方法的动作。一个或多个计算机的系统可以被配置为通过具有在操作中使得系统执行动作的在系统上安装的软件、固件、硬件或其组合，来执行特定操作或动作。一个或多个计算机程序可以被配置为通过包括在由数据处理装置执行时使装置执行动作的指令来执行特定操作或动作。

前述和其他实施方式可以单独或组合地各自可选地包括以下特征中的一个或多个。

在一些实施方式中，多个数据量子位和测量量子位被交错，使得多个数据量子位和测量量子位定义一维量子位链，并且多个方向包括第一方向和与第一方向相反的第二方向。

在其他实施方式中，多个单个量子位门是相移门或旋转门。

在一些情况下，数据量子位是控制量子位，并且相邻的测量量子位是每个CNOT门的目标量子位。

在其他情况下，数据量子位是目标量子位，并且相邻的测量量子位是每个CNOT门的控制量子位。

在一些实施方式中，并行优化对测量量子位进行操作的读出量子门的参数是使用闭环反馈的重复处理，其中每个重复包括并行地对于每个测量量子位：将用于最小化的对应量度定义为确定的错误率；测量测量量子位以确定当前错误率；存储所确定的当前错误率；计算当前错误率与来自先前重复的存储的错误率之间的错误率的变化；以及基于计算的错误率的变化来调整读出门参数。

在一些情况下，基于用于最小化的定义的度量来调整读出门参数包括应用数值优化算法。