[发明专利]使用内部和外部误差校正码的魔法态提取

说明书

所公开的示例涉及在量子计算设备上提取魔法态，该魔法态被编码在包括外码的[[n,k,d]]块码中。一个示例提供了一种方法，该方法包括使用数据量子比特制备编码的噪声魔法态，并在数据量子比特上测量克利福德稳定子，从而应用内码。该方法进一步包括初始化输出量子比特，并启动从编码的噪声魔法态导出的提取魔法态向输出量子比特的隐形传送。该方法进一步包括在数据量子比特上测量X稳定子，根据结果进行后选，利用Z稳定子破坏性地测量每个数据量子比特，并对数据量子比特应用一个或多个后选条件，以完成将提取魔法态向输出量子比特的隐形传送。

背景技术

量子计算机运用量子态的叠加和纠缠来执行量子计算。量子态提供了可观测的概率分布。量子比特保存关于单个状态的概率分布的信息。量子计算是使用量子比特和在量子比特上逻辑运算的应用来执行的。通用量子计算可以经由高精度的克利福德运算与被称为魔法态的量子态相结合来实现。

发明内容

提供本发明内容以简化的形式介绍在下文的详细描述中进一步描述的构思的选择。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题内容的关键特征或必要特征，也并非旨在用于限制所要求保护的主题内容的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决本发明内容的任何部分中提到的任何或所有缺点的实施。

所公开的示例涉及在量子计算设备上提取魔法态，该魔法态被编码在包括外码的[[n,k,d]]块码中。一个示例提供了一种方法，该方法包括使用数据量子比特制备编码的噪声魔法态，以及在数据量子比特上测量克利福德稳定子，从而应用内码。该方法进一步包括初始化输出量子比特和启动从编码的噪声魔法态导出的提取魔法态向输出量子比特的隐形传送。该方法进一步包括在数据量子比特上测量X稳定子，基于结果进行后选，利用Z稳定子破坏性地测量每个数据量子比特，并对数据量子比特应用一个或多个后选条件以完成将提取魔法态向输出量子比特的隐形传送。

附图说明

图1示意性地示出了示例量子计算机。

图2图示了布洛赫球体，该球体以图形方式表示量子计算机的量子比特的量子态。

图3示意性地示出了用于将任意状态隐形传送到量子比特以及通过测量注入T态或S态的示例测量序列。

图4示意性地示出了用于在给定的几何约束条件下将魔法态隐形传送到块码的示例方案。

图5示意性地示出了[[n,k,d]]块码的示例布局。

图6示出了用于提取魔法态的示例方法的流程图。

图7示出了示例计算系统的框图。

具体实施方式

许多用于量子计算的方案依赖于首先实现一组被称为克利福德运算的高精度的运算。为了实现通用量子计算，有必要实现额外的操作，如T门或CCZ门。不可避免的是，克利福德运算和T门都会有一些误差。大规模的、容错的量子计算机依赖于各种误差校正码。从本质上讲，为了实现容错，误差的校正必须比它们的产生更快。在经由克利福德运算进行通用量子计算的情况下，两种类型的误差校正被执行。误差校正码被用于构建克利福德门，而且额外的误差校正码被用来产生高精度的T门。

误差校正在已用冗余编码的量子态上被执行。不是测量单量子比特，而是在跨多个量子比特执行奇偶校验以检测X误差或比特翻转误差或Z误差或相位翻转误差。可以使用稳定子类型的量子误差校正码来执行克利福德操作中的误差的减少，在本文中称为“内码”。为了减少T门中的误差，假设克利福德运算是高度无误差的，可以使用一种称为魔法态提取的方法，该方法也使用误差校正码，在本文中称为“外码”。结合起来，这些误差校正码会给量子计算机带来很大的开销。

因此，公开了利用最外层码作为全量子误差校正码的魔法态提取的示例。提取码可用于稳定克利福德门，从而减少克利福德门的必要开销。公开了示例提取协议，用于将噪声T态提取成高保真的T态或CCZ魔法态。在一些示例中，该协议是已知抽象误差校正码的定制实现。