Experimental magic state distillation for fault-tolerant quantum computing
任何用于量子信息处理的物理量子设备在实现时都会出现错误。为了可靠和高效，量子计算机将需要纠错或避免错误的方法。通过量子纠错实现的容错将是量子计算机不可或缺的一部分。在已经发现的实现它的许多方法中，一个非常成功的方法是使用横向门和特定的初始状态。其实现的一个关键要素是高保真初始状态的可用性，例如|0>和魔法状态。在这里，我们报告了一个实验，在核磁共振（NMR）量子处理器中进行，显示出足够的量子控制，以提高不完美的初始魔术状态的保真度，通过蒸馏五个他们到一个具有更高的保真度。
2011-03-11 quant-ph
Magic State Distillation and Gate Compilation in Quantum Algorithms for Quantum Chemistry
量子化学的量子算法将分子中电子的动力学映射到耦合自旋系统的动力学。为了达到感兴趣的分子的化学精度，必须应用大量的量子门，这意味着需要量子纠错和容错量子计算。通过门编译，可以从一个小的、通用的容错操作集合构造任意的容错操作。量子化学算法是通过使用Trotter公式分解耦合自旋系统的动力学，使用Clifford操作和单量子比特旋转合成分解的动力学，最后通过一系列容错单量子比特门近似单量子比特旋转来编译的。某些容错门依赖于特定的单量子位状态的准备，称为魔态。因此，门编译和魔态蒸馏对于在量子计算机上解决量子化学问题至关重要。我们回顾了最近的进展，提高了效率的门编译和魔术状态蒸馏的数量级。
2015-01-29 quant-ph
Fault-tolerant resource estimate for quantum chemical simulations: Case study on Li-ion battery electrolyte molecules
本研究针对锂离子电池电解质分子的容错量子化学模拟，估算融合式光子量子计算方案的资源需求，提出多魔态工厂并行制备及同步消耗魔态的架构与算法，可在不增占地的前提下将运行时间降低一个数量级。
2023-05-05 quant-ph
Magic-Free Certification of Logical Error Rates in Universal Fault-Tolerant Circuits
Institute for Quantum Physics, University of Hamburg（汉堡大学量子物理研究所）；Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马普物质结构与动力学研究所）；The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging, University of Hamburg（汉堡大学超快成像中心）；Clarendon Laboratory, University of Oxford（牛津大学克拉伦登实验室）
针对容错电路认证难题，提出不消耗魔术态的无魔术态认证协议，该协议样本复杂度线性增长，可判断逻辑错误率是否低于预设容限，在Steane码模拟中得到验证。
2026-10-14 quant-ph
Fault-tolerant Post-Selection for Low Overhead Magic State Preparation
提出容错后选择（FTPS）框架，利用logical gap等软信息度量在低开销下抑制surface code magic state制备的错误率，并验证其在i.i.d. Pauli和擦除错误模型下的有效性。
2022-12-01 quant-ph
Unlocking early fault-tolerant quantum computing with mitigated magic dilution
University College London（伦敦大学学院）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）
本文提出缓解的魔法稀释（MMD）方法，利用量子误差缓解技术从含噪编码魔法态合成小角度旋转，并在二维 Fermi-Hubbard 模型模拟中展示了优于现有技术的资源效率，为早期容错量子计算铺路。
2025-11-10 quant-ph
Fast magic state preparation by gauging higher-form transversal gates in parallel
School of Physics, University of Sydney（悉尼大学物理学院）
本文提出了一种通过并行化高形式横向门规范来加速魔态制备的方法，实现快速且容错的魔态制备。
2026-01-30 quant-ph
Low-overhead Magic State Circuits with Transversal CNOTs
针对横向CNOT实验进展下的容错计算魔态制备问题，本文通过可重编译简化连续多量子比特相位旋转电路的算法，构建了更低开销的CCZ、CS、T态容错电路，为相关容错计算提供支撑。
2025-10-28 quant-ph
Logical Noise Bias in Magic State Injection
本研究通过数值模拟逻辑过程层析，揭示魔法态注入器件即使在物理层无偏噪声下也会产生逻辑相位偏置，并指出有噪纠错电路是限制该偏置的关键因素，为评估容错逻辑原语提供了框架。
2025-06-19 quant-ph
When T-Depth Misleads: Predicting Fault-Tolerant Quantum Execution Slowdown under Magic-State Delivery Constraints
University of Oulu（奥卢大学）；Wuhan University（武汉大学）
本文提出通过slack ratio和Delta_max预测量子执行延迟，揭示静态T深度无法准确预测执行性能，实验证明Delta_max是预测延迟的最强指标。
2026-05-06 quant-ph
Fault-tolerant Preparation of Distant Logical Bell Pair -- with application in the magic square game
针对容错非定域博弈中噪声导致纠缠消耗激增的问题，提出接口电路与逻辑 EPP，制备并纯化远距离逻辑 Bell 对，在级联 Steane 码下实现指数级 Bell 对节省并给出噪声阈值。
2025-03-17 quant-ph
Experimental Demonstration of High-Fidelity Logical Magic States from Code Switching
该研究在离子阱量子处理器上首次实验演示了色码间的码切换，制备出高保真逻辑魔态，其不保真度低于物理操作，为通用容错量子计算提供了关键原语。
2025-10-15 quant-ph
LiDMaS: Architecture-Level Modeling of Fault-Tolerant Magic-State Injection in GKP Photonic Qubits
College of Computing, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院计算机学院）
LiDMaS通过架构级建模研究GKP编码光子量子比特中逻辑T门魔态的容错注入，结合RUS协议和外表面码保护，提供可扩展光子容错架构的设计指导。
2026-02-26 quant-ph
Magic-State Functional Units: Mapping and Scheduling Multi-Level Distillation Circuits for Fault-Tolerant Quantum Architectures
量子计算机最近取得了很大的进步，并且正在朝着有用的容错计算的方向发展。容错量子计算中的主要开销是产生高保真编码的量子比特，称为魔态，其能够实现可靠的纠错计算。我们提出了第一个详细的硬件功能单元的设计，实现时空优化的魔术状态工厂的表面码纠错机。遥远的量子比特之间的相互作用需要表面码编织物（芯片上的物理路径），这些编织物必须路由。魔态工厂是由一组复杂的辫子组成的电路，比以前的工作中考虑的量子线路更难布线[1]。本文探讨了调度技术的影响，如门重排和量子位重命名，我们提出了两种新的映射技术：辫子排斥和偶极矩辫子旋转。我们将这些技术与图划分和社区检测算法相结合，并进一步引入一个拼接算法，将子图映射到一个物理机器上。我们的研究结果表明，5.64倍的时空体积减少相比，以前最著名的魔术状态工厂的设计。
2018-09-05 cs.ET quant-ph
Phase transition in magic with random quantum circuits
本文研究随机稳定子码在相干错误下魔法的相变现象，发现错误率临界点以下综合征测量可消除魔法，以上则使魔法集中，为理解量子加速和高效魔法态制备提供新思路。
2024-04-11 quant-ph
Extremely Low-Cost Magic State Preparation toward Fault-Tolerant Quantum Computing
School of Physics, Peking University（北京大学物理学院）；Center on Frontiers of Computing Studies, School of Computer Science, Peking University（北京大学前沿交叉学科研究院计算机学院）
该研究提出一种极低成本魔法态制备协议，通过协同设计稳定子生成元与标志小工具，在15量子比特码上制备逻辑态并规范固定为7量子比特码，以19个量子比特和82个CNOT门实现高保真度，显著降低容错量子计算开销。
2026-09-14 quant-ph
Locality-aware Pauli-based computation for local magic state preparation
Graduate School of Engineering Science, Osaka University（大阪大学工学研究科）；School of Engineering Science, Osaka University（大阪大学工学院）；Center for Quantum Information and Quantum Biology, Osaka University（大阪大学量子信息与量子生物学中心）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）
本文提出一种基于局部性的Pauli计算方案，通过在计算区域提纯魔法态，减少魔法态转移成本和提高局部性，从而提升执行效率。
2025-08-21 quant-ph
STAR-Magic Mutation: Even More Efficient Analog Rotation Gates for Early Fault-Tolerant Quantum Computer
Fujitsu Limited（富士通株式会社）；The University of Osaka（大阪大学）
本文提出STAR-magic mutation协议，结合最新状态制备协议，实现更高效的逻辑旋转门，显著降低误差率和执行时间。
2026-03-24 quant-ph
Efficient Magic State Factory Via Transversal Non-Clifford Gate
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
本文通过端到端模拟比较了基于代码切换的魔法态制备与魔法态培育的资源需求与性能，提出了结合相位反冲检查和横向非克利福德门的两种容错魔法态制备协议。
2026-06-16 quant-ph
Non-Uniform Code Concatenation for Universal Fault-Tolerant Quantum Computing
使用横向门是容错量子计算的一种简单有效的技术。由于横向门本身不能在计算上是通用的，它们必须与其他方法相结合，如魔态蒸馏，代码切换或代码级联，以实现普遍性。在本文中，我们提出了一种用于通用容错量子计算的替代方法，该方法主要基于[PRL 112，010505（2014）]中提出的代码级联方法，但采用非均匀的方式。所提出的方法基于7-qubit Steane码与15-qubit Reed-Muller码以及5-qubit码与15-qubit Reed-Muller码的非均匀级联来描述，这分别导致两个49-qubit和47-qubit码。这些代码可以纠正任何任意的单一物理错误，并能够执行一组通用的容错门，而不使用魔法状态蒸馏。
2016-11-02 quant-ph
Optimizing Multi-level Magic State Factories for Fault-Tolerant Quantum Architectures
本文提出一种优化模块化容错量子架构的技术，通过启发式算法在误差预算下最小化空间和时间，并简化物理资源估计为关键参数模型。
2025-03-25 cs.AR math.OC quant-ph
Decoding Merged Color-Surface Codes and Finding Fault-Tolerant Clifford Circuits Using Solvers for Satisfiability Modulo Theories
通用容错量子计算机将需要使用有效的协议来实现执行算法所需的编码操作。在这项工作中，我们将展示如何求解可满足性模理论（SMT求解器）可以用来自动化建设的Clifford电路具有一定的容错性能，我们将我们的技术应用到一个容错的魔术状态准备协议。该协议的一部分要求将以颜色代码编码的魔术状态转换为以表面码编码的魔术状态。由于隐形传态的步骤涉及解码的颜色代码合并的表面码，我们开发了一个解码算法，适用于这样的代码。
2022-08-09 cs.AR quant-ph
A Low-Overhead Hybrid Approach for Universal Fault-Tolerant Quantum Computation
由于目前还不存在具有通用横向门集合的量子纠错码，人们提出了几种结合横向门的方法，使通用容错量子计算成为可能。魔术状态蒸馏，代码切换，代码连接和分片容错是这些方法的著名例子。然而，这些方法的开销是大规模量子计算的主要瓶颈之一。在本文中，提出了一种混合的方法，它结合了代码级联技术与其他提到的方法。该方法在量子比特数和错误阈值方面都优于码级联，并且以减少级联码实现非横向门的有效距离为代价，显著降低了码切换、幻态蒸馏和可分片容错的资源开销。
2017-05-14 quant-ph
Magic State Injection with Erasure Qubits
AWS Center for Quantum Computing（AWS量子计算中心）；Racah Institute of Physics, The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学拉卡物理研究所）
通过擦除量子比特提高魔法态注入的逻辑错误率控制，减少空间-时间开销，适用于表面码和颜色码的容错量子计算。
2025-04-03 quant-ph
Fault-Tolerant Code Switching Protocols for Near-Term Quantum Processors
针对二维和三维拓扑色编码均无法单独提供通用量子门集的问题，本研究基于标志量子比特构建了资源优化的确定性与非确定性码切换协议，可在现实条件下容错实现通用门集，推进近期容错量子计算发展。
2023-06-30 quant-ph
Breaking even with magic: demonstration of a high-fidelity logical non-Clifford gate
本研究提出并在囚禁离子处理器上实现低开销魔法态制备协议，用8个物理比特在[[6,2,2]]码中制备高保真逻辑魔法态，实现的容错非Clifford门性能远超未编码物理门，且自级联后可获得极低逻辑错误率。
2025-06-17 quant-ph
Distributed Resource Theory of Entanglement and Magic
Peking University（北京大学）；Fudan University（复旦大学）
本文提出纠缠与魔法的分布式资源理论（DREAM），发现其包含非纠缠非魔法的资源态，可实现无纠缠的魔法态隐形传态，为分布式量子资源研究建立了系统框架。
2026-08-26 quant-ph
Efficient benchmarking of logical magic state
Pritzker School of Molecular Engineering, The University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；Department of Applied Physics, University of Tokyo（东京大学应用物理系）
本文提出高效评估高保真度逻辑魔态的方法，通过改进的测量方案实现O(1/ε)的样本复杂度，克服传统方法的局限性。
2026-02-06 quant-ph
Advances in compilation for quantum hardware -- A demonstration of magic state distillation and repeat-until-success protocols
本文探讨容错量子子程序的控制结构表示，利用量子中间表示（QIR）与LLVM工具链在量子硬件上首次实现实时魔态蒸馏协议，并分析重复直至成功算法的四种实现，证明QIR能高效扩展容错协议复杂性且性能媲美手写量子汇编。
2023-10-18 quant-ph
Low-overhead magic state distillation with color codes
The University of Sydney（悉尼大学）；IBM Quantum, T. J. Watson Research Center（IBM量子，T.J.沃森研究中心）；IBM Denmark（IBM丹麦）
本文提出两种优化的色码魔态蒸馏方案，通过改进的故障处理方法实现更低的保真度，资源消耗显著减少。
2025-06-13 quant-ph
Demonstration of fault-tolerant universal quantum gate operations
通过使用纠错码将逻辑量子信息冗余地编码成多个量子比特，可以保护量子计算机免受噪声的影响。当操纵逻辑量子态时，由不完美的操作引起的错误不会不受控制地通过量子寄存器传播是必要的。这要求量子寄存器上的所有操作服从容错电路设计，这通常增加了实现的复杂性。在这里，我们展示了一个容错的通用门集的两个逻辑量子比特的离子阱量子计算机。特别是，我们利用最近推出的范式的标志容错，在那里的存在或不存在的危险错误预示着使用几个辅助的“标志”量子位。我们在两个七量子位色码的实例之间执行逻辑两量子位hocT门，并且我们还容错地准备逻辑魔术状态。然后，我们通过从一个逻辑量子比特到另一个量子比特的隐形传态注入魔态来实现容错逻辑T门。我们观察到的标志性功能的容错，一个优越的性能相比，非容错的实现。结合最近证明的重复量子纠错循环，这些结果打开了纠错通用量子计算的大门。
2022-11-02 quant-ph
Catalysing Completeness and Universality
该研究将量子催化应用于计算通用性证明与图形语言完备性扩展，简洁证明了CS+Hadamard、Toffoli+Hadamard门组的通用性，并扩展了无相位ZH-calculus的完备片段。
2024-04-15 quant-ph
Efficient magic state cultivation with lattice surgery
The University of Osaka（大阪大学）；Fujitsu Research, Fujitsu Limited（富士通研究所）；Center for Quantum Information and Quantum Biology, The University of Osaka（大阪大学量子信息与量子生物学中心）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）
本研究针对魔法态制备协议时空开销大的问题，提出一种基于格手术的高效协议，通过避免嫁接码、利用码扩展和提前弃权，在保持逻辑错误概率相当的同时将时空开销减半，适用于百万量子比特应用场景。
2026-08-19 quant-ph
Fault-tolerant $|\sqrt{ \mathrm{T} }\rangle$ state preparation and injection for more efficient fine-grained quantum circuit synthesis
Institute for Theoretical Nanoelectronics (PGI-2), Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心理论纳米电子学研究所）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本研究针对3D四面体色码及其变形变体，提出制备|√T⟩魔术态的容错协议，发现该态可降低量子电路综合的时空成本，为通用量子计算拓宽设计空间。
2026-08-27 quant-ph
Reducing the overhead for quantum computation when noise is biased
我们分析了一个模型的容错量子计算与低开销适合的情况下，噪声是有偏见的。该方案的基础是一个小工具的容错准备的魔术状态，使通用的容错量子计算只使用克利福德门，保持噪声偏置。我们分析了蒸馏的$|T\rangle$型魔术状态使用这个小工具在物理水平上，随后与15量子比特量子里德-穆勒码的级联，并比较我们的结果与标准的结构。在噪声偏置（Pauli $Z$错误相对于其他单量子比特错误的比率）大于10倍的情况下，我们的方案在广泛的相关噪声率范围内具有较低的开销。
2015-12-03 quant-ph
Price and Payoff: Non-Determinism in Fault Tolerant Quantum Computation
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Duke University（杜克大学）；University of Michigan（密歇根大学）
本文提出一种结合电路调度与随机魔法态生产模型的模拟框架，研究非确定性对量子电路执行的影响，发现其同时增加执行时间并降低峰值资源需求，从而优化容错量子计算的资源配置。
2026-05-08 quant-ph
Enhanced fault-tolerant quantum computing in $d$-level systems
纠错码是量子信息的保护机制，是容错量子计算的基础。容错量子计算的主要建议需要具有极其罕见的性质的代码，即横向非Clifford门。具有所需性质的代码的$d$级，qudit，系统与总理$d$。这些代码使用$n=d-1$ qudits，最多可检测$\sim d/3$错误。我们量化的性能，这些代码的量子计算的一种方法，称为魔态蒸馏。与以前的工作不同，我们发现性能总是通过增加$d$来增强。
2015-10-09 quant-ph
End-to-end switchless architecture for fault-tolerant photonic quantum computing
提出一种仅用被动片上组件的容错连续变量量子计算端到端架构，实现超90%概率生成高于容错阈值的光子量子比特，并设计仅需13 dB簇压缩的新颖magic state生成协议，开辟了通用容错量子计算的新路径。
2025-07-10 quant-ph
Building a fault-tolerant quantum computer using concatenated cat codes
我们提出了一个全面的体系结构分析的基础上提出的容错量子计算机的猫码级联外量子纠错码。对于物理硬件，我们提出了一个系统的声学谐振器耦合到超导电路的二维布局。使用估计的物理参数的硬件，我们进行了详细的误差分析的测量和门，包括CNOT和Toffoli门。建立了一个真实的噪声模型，数值模拟了当外码为重复码或薄矩形表面码时的量子纠错。我们迈向通用容错量子计算的下一步是容错Toffoli魔态准备协议，该协议以非常低的量子位成本显着提高了物理Toffoli门的保真度。为了实现更低的开销，我们设计了一个新的幻态蒸馏协议的Toffoli状态。将这些结果结合在一起，我们获得了运行有用的容错量子算法所需的物理错误率和开销的实际全资源估计。我们发现，有大约1,000个超导电路组件，就可以构建一个容错量子计算机，它可以运行目前经典计算机难以处理的电路。反过来，拥有18,000个超导电路元件的硬件可以在经典计算无法达到的范围内模拟哈伯德模型。
2022-01-27 quant-ph
Error-structure-tailored early fault-tolerant quantum computing
Pritzker School of Molecular Engineering, The University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；Institute for Quantum Information and Matter, Caltech（加州理工学院量子信息与物质研究所）；Walter Burke Institute for Theoretical Physics, Caltech（加州理工学院沃尔特·伯克理论物理研究所）
本文提出一种面向误差结构的容错量子计算方法，通过稳定码实现1容错连续角度旋转门，减少资源消耗，提高硬件效率。
2025-11-25 quant-ph
Code conversion with the quantum Golay code for a universal transversal gate set
本文提出利用量子Golay码与三正交码之间的码转换实现通用横向门集，避免魔法态蒸馏开销，并给出基于横向CNOT的转换方法。
2024-04-18 quant-ph
Universal fault-tolerant quantum computation with Bacon-Shor codes
提出了一种基于Bacon-Shor子系统码的由Hadamard和受控-受控-Z（CCZ）组成的容错通用门集。这些代码上的transmitting非Clifford门是有趣的，因为随着代码变得更加不对称，Clifford层次结构的更高级别变得可访问。例如，在适当的规范中，$m\times m^k$晶格上的培根-肖尔码具有横向$k$ -量子比特控制的$Z$。通过各种技巧，包括中间纠错和非泡利恢复，我们减少了容错CCZ所需的开销。我们计算我们的通用门设置最小的$3\times3$培根-肖尔代码的伪阈值，也比较我们的门与魔术状态的框架内提出的离子阱架构。
2017-05-04 quant-ph
Bridging Superconducting and Neutral-Atom Platforms for Efficient Fault-Tolerant Quantum Architectures
University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）；University of Washington（华盛顿大学）；Quantum Science Center, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室量子科学中心）
本文提出异构量子架构方法，结合超导和中性原子平台的优势，通过卸载魔态工厂和内存-计算分离策略，显著提升容错量子计算的性能和效率。
2026-01-15 quant-ph
Magic state distillation with permutation-invariant codes and a two-qubit example
School of Mathematical and Physical Sciences, University of Sheffield（谢菲尔德大学数学与物理科学学院）
本文提出了一种基于排列不变码的双量子比特魔态蒸馏协议，实现了0.5误差阈值和1/2蒸馏率，通过允许非克利夫顿门和改变输出态形式，提升了魔态蒸馏性能。
2026-03-04 quant-ph
Transversal Gates and Magic State Distillation in an Optimally Synthesized Spin-Qubit Shuttling Bus
Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）；Equal1 Labs（Equal1实验室）；Universitat Politècnica de València（瓦伦西亚理工大学）
本研究提出多量子比特自旋量子比特穿梭总线架构，优化布局与辅助量子比特共享方案，结合Quantum Reverse Mapping方法，实现容错量子计算的层间协同设计，验证了自旋量子比特穿梭架构的可行性。
2026-09-03 quant-ph
Improved magic states distillation for quantum universality
给定稳定器操作和重复制备单量子比特混合态rho的能力，我们可以进行通用量子计算吗？作为这个问题的动机，“魔态”蒸馏程序可以减少一般的容错问题，执行容错稳定器电路。我们改进的程序Bravyi和Kitaev在阿达玛“魔术”方向的布洛赫球，以实现一个尖锐的阈值之间的那些ρ允许通用的量子计算，和那些任何计算可以有效地经典模拟。作为推论，重复制备任何不是稳定剂状态的纯状态（例如，不是泡利本征态的任何单量子比特纯态），连同稳定器操作，给出了量子普适性。在所谓的T方向上是否也存在紧密分离仍然是开放的。
2004-11-04 quant-ph
Stacked codes: universal fault-tolerant quantum computation in a two-dimensional layout
我们介绍了一类3D色码，我们称之为堆叠码，连同容错变换，将映射逻辑量子比特编码在二维（2D）色码堆叠码和回来。堆叠代码允许非Clifford $π/8$逻辑门的横向实现，其在与在2D颜色代码中横向的逻辑Clifford门组合时给出了容错和通用的门集合，而不需要非稳定器幻态。然后，我们表明，形成堆叠代码的层可以展开，并安排在一个2D布局。由于只有Clifford门可以横向实现2D拓扑稳定器代码，非本地操作必须纳入，以允许这种横向应用的非Clifford门。我们的代码实现了这一操作，通过从一个2D的颜色代码的转换，以未折叠的堆叠的代码引起的测量只有几何本地稳定器和仪表操作员在大量的2D颜色代码与一个非本地的操作员，具有支持这样的2D代码之间的一维边界。我们相信，这种方法来实现非本地操作是一个现实的二维稳定器布局，将有利于避免魔态蒸馏所造成的大开销。
2016-03-04 quant-ph
The Magic Scroll: Leveraging biased noise to improve magic state cultivation in register-based architectures
Silicon Quantum Computing Pty. Ltd.（硅量子计算有限公司）；UNSW Sydney（新南威尔士大学）；Centre of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology, School of Physics, UNSW Sydney（新南威尔士大学物理学院量子计算与通信技术卓越中心）
本研究提出名为“魔法卷轴”的方法，结合偏置噪声与高量子比特连接性，改进魔法态制备，提升制备与蒸馏体积，降低错误率，适用于基于寄存器的容错量子计算架构。
2026-08-11 quant-ph
INJEQT: Improved Magic-State Injection Protocol for Fault-Tolerant Quantum Extractor Architectures
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Duke University（杜克大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出INJEQT协议，通过辅助码降低Rz态制备误差，减少提取器架构中错误预算主导的测量步骤，提升容错量子计算效率。
2026-04-28 quant-ph
Qutrit Magic State Distillation
魔态蒸馏（MSD）是一种在容错量子计算中起核心作用的纯化协议。MSD协议的步骤的重复迭代仅使用稳定器操作从混合资源状态的多个副本生成纯单个非稳定器状态或魔术状态。因此，混合资源国家促进了稳定器操作的全面普及。魔态蒸馏是量子比特计算中的一个重要方法，但在高维量子比特计算中，魔态蒸馏的研究还很少。在这里，我们描述了一个一般的方法来研究MSD在更高的维度。我们使用它来研究一个基于5-qutrit稳定码的qutrit MSD协议的特性。我们表明，该协议提取的非稳定器魔术状态，并确定两种类型的状态，这是吸引子的迭代映射。最后，我们将展示如何将这些状态转换，通过稳定器电路单独，到一个适合的状态注入实施的非克利福德相位门，使非克利福德酉计算。
2012-06-08 quant-ph
Three-dimensional surface codes: Transversal gates and fault-tolerant architectures
领先的量子计算架构之一基于二维（2D）表面码。这种代码具有许多有利的特性，例如高错误阈值和物理量子位的平面布局，其中每个物理量子位只需要与其最近的邻居相互作用。然而，在2D表面码中可用的横向逻辑门是有限的。这意味着需要一个额外的（资源密集型的）过程，称为魔态蒸馏，以使用2D表面码进行通用量子计算。在这里，我们研究三维（3D）的表面码的量子计算的背景下。我们介绍了一个可视化的三维表面码，这是有用的分析堆栈的三个三维表面码的图片。我们使用这个图片来证明$CZ$和$CCZ$门是横向的三维表面码。我们还将二维表面编码的网格手术技术推广到三维表面码。我们结合这些结果，提出了两个量子计算架构的基础上的三维表面码。在我们的两种架构中都不需要魔法状态蒸馏。最后，我们表明，堆栈的三个三维表面码可以转换成一个单一的三维彩色码（另一种类型的量子纠错码）使用代码级联。
2019-12-05 quant-ph
Orchestrating multi-level magic state distillation: a dynamic pipeline architecture
针对多级魔态蒸馏流水线资源开销大的问题，本文提出动态工厂调度与资源分配架构，在大规模应用和蒸馏基准上显著降低量子比特成本及量子比特-时间量。
2025-09-29 cs.ET quant-ph
Modular fault-tolerant quantum computing on a non-CSS code
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Universidad Autonoma de Madrid（马德里自治大学）；Alpine Quantum Technologies GmbH（阿尔卑斯量子技术公司）
本研究首次在离子阱量子计算机上，使用最小的非CSS码$[[5,1,3]]$码，实现了模块化容错通用量子计算所需的全部逻辑操作，并表征了旁观者错误及优化了逻辑层析成像。
2026-09-22 quant-ph
Leveraging Zero-Level Distillation to Generate High-Fidelity Magic States
本研究针对魔态蒸馏开销问题，提出结合零级蒸馏与15-to-1协议的(0+1)级两级蒸馏，优化后在特定物理错误概率下比传统协议时空开销降低超43%，实现显著效率提升。
2024-04-15 quant-ph
