Error mitigation for partially error-corrected quantum computers
Michigan State University（密歇根州立大学）
针对部分纠错量子计算机，提出基于信道凸组合电路的错误缓解方法，利用逻辑辅助量子比特在时空权衡下将采样复杂度降至 $O(1)$，并证明其在开放量子系统模拟中能显著减少门数量。
2025-10-13 quant-ph
Checking the error correction strength of arbitrary surface code logical gates
拓扑量子纠错逻辑门是复杂的。错误链可以在空间和时间中形成，也可以在时空中对角形成。确定给定的逻辑门是否没有导致故障的低权重错误组合是非常重要的。我们报告了一个新的工具Nestcheck能够分析任意的拓扑计算，并确定所需的最小数量的错误，导致失败。
2012-10-16 quant-ph
Error-corrected Hadamard gate simulated at the circuit level
本文首次在电路级噪声下模拟表面码的逻辑Hadamard门，通过补丁变形的两种畴壁方案实现逻辑X和Z弦交换，优化物理电路并证明其逻辑失败概率与量子存储实验相当，还将SWAP纠错轮编译为仅四层双量子比特门。
2024-06-27 quant-ph
Error-corrected gates on an encoded qubit
为了解决经典难题，量子计算机需要对噪声和退相干的影响具有弹性。在这种容错量子计算机中，必须实时检测和纠正噪声引起的错误，以防止它们在组件之间传播。当应用量子门时，当组件之间的相互作用可能导致错误在整个系统中快速传播时，这一要求尤其相关。然而，大多数容错架构中涉及的大量开销使得实现这些系统成为一项艰巨的任务，这促使人们寻找硬件高效的替代方案。在这里，我们提出了一个多层次的辅助transmon的腔编码的逻辑量子比特，是容错的退相干方面的辅助和编码量子比特制定的门。在存在辅助错误的情况下，我们通过实时检测这些错误并应用适当的校正来保持编码量子位的纯度。我们表明，自然发生的退相干的存在下，减少了两个因素的逻辑门错误，并证明弹性对辅助位翻转和相位翻转通过观察增加能量松弛的门错误的六倍抑制，和四倍抑制，增加失相噪声。结果表明，玻色子逻辑量子比特可以被易错的辅助量子比特控制，而不会继承辅助量子比特的劣性能。因此，纠错辅助门是实现玻色子量子比特完全容错处理的重要一步。
2019-07-29 physics.app-ph quant-ph
Scalable logical qubits
Microsoft Quantum（微软量子）；QOLAB
本文提出可扩展逻辑量子比特的定义，从可靠性、规模、能力与性能四维度刻画，以推动实用规模量子计算中纠错逻辑量子比特的可衡量进展。
2026-09-18 quant-ph
Dynamically corrected gates for an exchange-only qubit
我们提供了分析的复合脉冲序列，执行动态解耦与任意旋转的三重量子点的自旋态编码的量子位。序列的设计尊重现实的实验约束，如严格的非负耦合。同时纠正逻辑错误和泄漏错误。采用短脉冲序列补偿核噪声，采用长脉冲序列同时补偿核噪声和电荷噪声。这项工作中开发的能力为打击目前阻碍仅交换量子位实验的相关噪声源提供了明确的处方。
2013-10-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Logical quantum processor based on reconfigurable atom arrays
该研究在可重构中性原子阵列上实现可编程逻辑量子处理器，利用逻辑级控制、分区架构和多种量子纠错编码，展示容错逻辑门、GHZ态、前馈隐形传态及48逻辑量子比特复杂采样。
2023-12-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Randomized compiling in fault-tolerant quantum computation
本文提出一种在逻辑层面退相干噪声的算法，将系统投影到明确定义错误的逻辑态，不显著增加电路深度，适用于大多数容错门和纠错步骤，以缓解相干错误对容错量子计算的影响。
2023-06-23 quant-ph
Error-Corrected Memory and Logic on a Heavy-Hex Superconducting-Qubit Processor
The University of Sydney（悉尼大学）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）；IBM Quantum, T. J. Watson Research Center（IBM量子T.J.沃森研究中心）；IBM Denmark（IBM丹麦）
本研究在含156个超导量子比特的重六角晶格处理器上，通过噪声感知量子纠错策略，使纠错存储与基于测量的逻辑的性能分别提升最高35%、56%，并实现了高保真容错逻辑。
2026-10-09 quant-ph
Fault Tolerant Non-Clifford State Preparation for Arbitrary Rotations
量子纠错是在有噪声量子硬件上进行实际量子计算的重要组成部分。然而，对纠错量子位的逻辑操作需要显著的资源开销，特别是对于高精度和高保真度的非Clifford旋转门。为了解决这个问题，我们提出了一个基于后选择的算法，有效地准备资源状态的门隐形传态。我们的算法实现了容错，演示了指数抑制逻辑错误与代码的距离，它适用于任何稳定器代码。我们提供了分析推导和数值模拟的保真度和成功概率的算法。我们基准的方法上的表面码，并显示了一个因素的100至10,000减少的空时开销相比，现有的方法。总的来说，我们的方法提供了一个有希望的路径，以减少对纠错和噪声的中等规模量子计算机上的量子算法的资源需求。
2023-03-30 quant-ph
A framework of partial error correction for intermediate-scale quantum computers
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；University of Oxford（牛津大学）；Oak Ridge（橡树岭）；Jagiellonian University（雅盖隆大学）
研究中尺度量子计算硬件资源分配问题，开发联合系统逻辑操作构造，通过分析和数值演示表明砖层电路在特定条件下有优势，即已纠错量子比特数超阈值时退相干变慢。
2026-07-17 quant-ph
Error-Corrected QRAM Queries with One-Fault-Tolerant \texttt{CSWAP} Gates
Yale University（耶鲁大学）；Amazon Center for Quantum Computing（亚马逊量子计算中心）；University of Toronto（多伦多大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
该研究针对QRAM的噪声问题，提出含单容错CSWAP门与局部奇偶校验的低开销保护框架，通过级联码提升QRAM在偏置和擦除主导噪声下的可靠性。
2026-10-14 quant-ph
Hybrid physical/logical zero-noise extrapolation with limited logical executions
Dukhov Research Institute of Automatics (VNIIA)（杜霍夫自动控制系统研究所）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；Institute for Theoretical and Applied Electrodynamics, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院理论与应用电动力学研究所）
本文提出了一种混合策略，通过结合逻辑电路和物理折叠电路，利用零噪声扩展方法在有限逻辑执行资源下减少运行时间，同时推导了Richardson方差预因子、折叠电路运行时间比率、最优射频分配和偏差-方差准则。
2026-07-21 quant-ph
Error correction of a logical grid state qubit by dissipative pumping
利用量子纠错稳定编码的逻辑量子比特是实现可靠量子计算机的关键。虽然量子比特码需要控制许多物理系统，但振荡器码提供了在单个物理实体上执行纠错的可能性。振荡器的一种强大的编码是网格状态或GKP编码，其允许校正小的位移误差。在这里，我们介绍并实现了一个耗散映射设计的物理现实有限GKP代码执行量子纠错的逻辑量子比特实现在一个单一的捕获离子的运动。校正循环包括两轮，分别校正位置和动量的小位移。每一个都包括首先将有限GKP码稳定器信息映射到内部电子状态辅助量子比特上，然后应用相干反馈和辅助再泵浦。我们证明了扩展的逻辑一致性使用正方形和六边形GKP码，实现了逻辑寿命的三个因素的增加。用于校正的简单耗散映射可以被视为一种水库工程，它泵入高度非经典的GKP量子位流形。这些技术为量子态控制和传感以及它们在缩放量子计算中的应用开辟了新的可能性。
2020-10-19 quant-ph
Error mitigation and quantum-assisted simulation in the error corrected regime
量子计算的标准方法是基于通过添加“魔法”量子态来将经典可模拟和容错的操作集合提升为通用集合的思想。在这种情况下，我们开发了一个通用的框架来讨论可用的，非理想的魔术资源的价值，相对于那些理想的需要。我们挑出一个量，量子辅助魔术鲁棒性（QRoM），它通过基于准概率的方法来测量模拟理想资源与非理想资源的开销。这将最初为噪声中间尺度量子（NISQ）设备开发的错误缓解技术扩展到量子位被逻辑编码的情况。QRoM展示了如何添加噪声魔法资源，使人们能够提高量子线路的经典准概率模拟，并能够构建显式协议，在经典模拟和理想量子计算机之间进行插值。
2022-04-11 quant-ph
The impact of classical electronics constraints on a solid-state logical qubit memory
描述了一种基于硅双量子点物理量子比特的纠错逻辑量子比特容错存储器。我们的设计考虑到了支持经典电子产品所带来的限制。约束的一个重要后果是为物理量子位添加易于出错的空闲步骤。即使使用可证明的最小空闲时间的时间表，对于我们的噪声模型和纠错码的选择，我们发现这些额外的空闲否定了纠错的任何好处。使用额外的量子位操作，我们可以极大地抑制空闲引起的错误，使得纠错有益，只要量子位操作实现小于$2 \times 10^{-5}$的错误率。我们讨论了这些约束的其他后果，如纠错码的选择和物理量子比特的操作速度。虽然我们的分析是针对这种内存架构的，但我们开发的方法也足够通用，可以应用于其他架构。
2009-03-31 quant-ph
Continuous error correction for Ising anyons
拓扑量子计算中的量子门是通过编织非阿贝尔任意子来实现的。这些编织过程可能以非常低的错误率进行。然而，要使拓扑量子计算架构真正可扩展，即使是罕见的错误也需要纠正。对非阿贝尔任意子的纠错是复杂的，因为它需要在连续的基础上进行，并且在我们纠正现有错误的同时可能会出现更多的错误。在这里，我们提供了这个问题的第一个研究，并证明其可行性，建立非阿贝尔任意子作为一个可行的平台，可扩展的量子计算。因此，我们专注于伊辛任意子作为最突出的例子，非阿贝尔任意子，并表明，对于这些有限的错误率确实可以不断纠正。存在阈值错误率$p_c>0$，使得对于所有错误率$p<p_c$，可以使每个时间步长的逻辑错误的概率在逻辑量子比特的距离上呈指数地小。
2016-04-21 quant-ph
Autonomous quantum error correction and quantum computation
在这项工作中，我们提出了一个一般的理论框架，自主校正的量子器件的研究。首先，我们确定了一个必要的和充分的修订版本的Knill-Laflamme条件的存在，工程Lindbladian提供保护，最多$c$连续错误的自然耗散，从而产生一个有效的逻辑消相干率抑制到顺序$c$。此外，我们证明了这种工程耗散可以与错误透明哈密顿（ETH）的广义实现相结合，以便在逻辑空间中执行量子计算，同时保持相同程度的抑制退相干。最后，我们介绍了一种形式主义预测与精度的自然，工程耗散源和广义ETH的相互作用所产生的逻辑代码空间中的紧急动态。
2021-03-08 quant-ph
Quantum Error-Corrected Memories Keep Proper Time
Centre for Quantum Software and Information, University of Technology Sydney（悉尼科技大学量子软件与信息研究中心）
该研究证明量子纠错不会消除时间膨胀效应，而是将固有时间差编码为相对相位旋转，并可在特定离散相位下转化为确定性逻辑门，为连接容错量子信息与相对论时钟提供了平台。
2026-10-05 gr-qc quant-ph
Entangling four logical qubits beyond break-even in a nonlocal code
本文在 Quantinuum H2 上用 $[\\![25,4,3]\\!]$ 非局域 qLDPC 码编码四逻辑量子比特 GHZ 态，并以交换门实现逻辑纠缠，保真度超过未纠错物理方案及盈亏平衡点。
2024-08-05 quant-ph
Learning to decode logical circuits
本文提出多核电路解码器（MCCD），一种数据驱动的模块化框架，用于高效解码含纠缠门的逻辑量子电路，在保持高精度的同时实现多项式时间解码。
2025-04-23 quant-ph
Quantum teleportation of physical qubits into logical code-spaces
量子纠错是可靠地执行大规模处理量子信息的任务的必要工具。然而，集成到量子线路来实现这些任务是有问题的，当人们意识到非横向操作，这是必不可少的通用量子计算，导致错误的传播。量子门隐形传态已经被提出作为一个优雅的解决方案。在这里，人们用特定的、高度纠缠的离线资源状态的生成来替换这些脆弱的、非横向的内联门，这些离线资源状态可以被传送到电路中以实现非横向门。作为第一个重要步骤，我们在一个物理量子比特和一个可纠错的逻辑量子比特之间建立一个最大纠缠态，并将其作为隐形传态的资源。然后，我们展示了隐形传态的量子信息编码的物理量子比特到错误校正的逻辑量子比特与高达0.786的量子比特。我们的方案可以被设计成完全容错的，以便它可以用于未来的大规模量子技术。
2020-09-14 quant-ph
Fault-tolerant operation of a logical qubit in a diamond quantum processor
固态自旋量子比特是量子计算和量子网络的一个很有前途的平台。最近的实验已经证明了对多量子比特系统的高质量控制，基本量子算法和非容错纠错。大规模系统将需要使用容错操作的纠错逻辑量子比特，以便在有噪声的操作中进行可靠的计算。以这种方式克服缺陷仍然是量子科学面临的一个重大挑战。在这里，我们展示了一个逻辑量子比特上的容错操作使用菱形自旋量子比特。我们的方法是基于5量子位代码与最近发现的标志协议，使容错使用总共7个量子位。我们编码的逻辑量子比特使用一种新的协议的基础上重复的多量子比特测量，并表明它优于非容错编码方案。然后，我们容错操作的逻辑量子比特通过一套完整的单量子比特克利福德门。最后，我们展示了标记的稳定器测量与实时处理的结果。这种测量是容错量子纠错的基础。虽然未来的保真度和量子比特的数量将需要改进，但我们在逻辑量子比特级别上实现容错协议是基于固态自旋的大规模量子信息处理的关键一步。
2021-08-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Lower overhead fault-tolerant building blocks for noisy quantum computers
University of Southern California（南加州大学）
本文提出低开销的容错模块，通过改进纠错和故障容忍方法，减少物理量子比特数量，提升量子计算的效率和可靠性。
2026-05-12 quant-ph
A superconducting surface-code processor with lattice-surgery logical operations
Zhejiang University（浙江大学）；China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院）
实验实现了两个距离三的表面码逻辑量子比特间的晶格手术操作，展示了逻辑贝尔态制备、两比特Deutsch-Jozsa算法及非克利福德门，验证了晶格手术在近表面码架构中的实用性。
2026-06-04 quant-ph
A Very Small Logical Qubit
超导量子比特是构建量子计算机最有前途的平台之一。然而，单个量子比特的相干时间并没有远远超过量子纠错的可扩展性阈值，这意味着需要数百万个物理设备来构建有用的量子计算机。因此，非常期望进一步增加相干时间。在这封信中，我们设计了一个简单的电路，由两个transmon量子比特和两个额外的有损量子比特或谐振器组成，通过连续驱动和工程耗散的组合，被动地保护所有单量子比特量子错误通道。光子损失通过用驱动SQUID耦合实现的双光子驱动场被快速校正，并且来自随机势波动的失相被用于实现多量子比特哈密顿量的驱动场严重抑制。将我们的理论模型与最近对通量和transmon量子比特的实验中发表的噪声估计进行比较，我们发现，与使用这种技术的单个量子比特$T_1$和$T_2$相比，逻辑状态相干性可以提高40倍或更多。因此，我们证明，有相当大的空间，以提高现代超导量子比特的相干性，在设备复杂性相当适度的增加。
2015-10-21 quant-ph
Synthesis of Topological Quantum Circuits
拓扑量子计算最近已经证明了它本身是一个非常强大的模型时，考虑大规模的，完全纠错的量子架构。除了其在硬件错误下的鲁棒性之外，它是一种软件驱动的纠错计算方法，硬件只负责创建通用量子资源（拓扑晶格）。该方案中的计算是通过对晶格中的孔（缺陷）进行几何操作来实现的。逻辑量子比特之间的相互作用（量子门操作）通过使用缺陷的特定布置（诸如编织物和结）来实现。我们表明，基于结的拓扑量子门允许高度定期和结构化的实施大型CNOT（受控非）门网络，最终形成的基础上，必须用于纠错算法的纠错原语。我们提出了一系列的算法来优化所得到的结构的面积，从而优化所需的硬件资源的数量。
2013-02-21 quant-ph
Dynamical Logical Qubits in the Bacon-Shor Code
本研究将Bacon-Shor码视为Floquet码，通过周期4测量调度引入多个动力学逻辑量子比特，使码距离按Θ(d/√k)缩放，饱和子系统界限kd=O(n)，并实现若干错误的自校正，扩展了Floquet码的构造方法。
2025-08-07 quant-ph
Routing Techniques for Error-Corrected Silicon Spin Qubit Quantum Architectures
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；MQSC（慕尼黑量子科学与工程中心）
研究硅自旋量子比特编译难题，基于平面上的蛇模型引入编译框架，提出最短路径和基于旋转的算法等，评估显示最短路径方法在稀疏场景优，基于旋转的方法在高密度环境好，实现开源。
2026-07-29 cs.ET quant-ph
Characterization of errors in a CNOT between surface code patches
该研究针对表面码码块间基于格点手术的CNOT门，优化了稳定子测量轮数，完整表征其双量子比特逻辑误差通道，发现协议对称性及最小权重解码下X、Z逻辑误差相关性受抑制的特性。
2024-12-18 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
Efficient learning of logical noise from syndrome data
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 Computer Science, The University of Chicago（芝加哥大学计算机科学系）；Institute for Quantum Information and Matter, California Institute of Technology（加州理工学院量子信息与物质研究所）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理珀米特研究所）；Department of Physics and Astronomy, Department of Applied Mathematics and Institute for Quantum Computing, University of Waterloo（滑铁卢大学物理与天文学系、应用数学系及量子计算研究所）
本文提出通过综合征数据高效学习逻辑噪声的方法，利用编码理论和压缩感知技术，实现了对容错量子设备中逻辑通道的表征，显著降低了样本复杂度。
2026-02-10 math-ph math.MP quant-ph
Transversal Fanout for Fault Tolerant Distributed Quantum Computing: Analysis and Application
School of Information Technology, Deakin University（迪肯大学信息技术学院）
本文提出利用横向操作在分布式容错量子计算中高效实现逻辑扇出，减少非局部通信，并用BB码块验证，同时分析资源开销及全局门GCZ的分布式实现。
2026-09-09 cs.DC quant-ph
Error-transparent quantum gates for small logical qubit architectures
构建量子计算机的最大障碍之一是门错误，其中在门操作期间量子位或量子位组的状态的物理演化与预期的幺正变换不匹配。门错误源于控制错误和与环境相互作用的随机单量子位错误的组合。虽然在减轻控制误差方面已经取得了很大的进步，但固有量子位误差仍然是一个严重的问题，它为现代超导量子位架构中的门保真度设置了主要限制。同时，最近开发的小纠错逻辑量子比特器件有望显著增加逻辑状态寿命，但将这些改进转化为门保真度的增加是一个复杂的挑战。在这封信中，我们提出了一种新的形式主义，用于在小逻辑量子比特设备上和之间实现门，这些设备继承了父设备对在门之前或门期间任何时间发生的单量子比特错误的容忍度。使用超导量子比特的标准唯象噪声模型，我们展示了一个通用的一个和两个量子比特门设置的错误率的数量级低于那些等效操作的单量子比特或对量子比特，运行相同的总持续时间。这些模型中的有效逻辑门错误率显示出超线性错误减少，单个量子位寿命线性增加，证明被动纠错能够提高门保真度。这些发展进一步表明，将小的逻辑量子比特并入基于测量的代码中可以显著提高代码性能。
2017-03-28 cond-mat.supr-con quant-ph
Universal Logical Quantum Photonic Neural Network Processor via Cavity-Assisted Interactions
本文提出一种基于腔辅助三能级原子相互作用的量子光子神经网络架构，利用光子数选择性相位门构建通用门集，实现多模多光子态制备、玻色子纠错码逻辑操作与纠错电路，为近期集成光子硬件上的容错量子计算铺平道路。
2024-10-02 cs.ET physics.optics quant-ph
Logical blocks for fault-tolerant topological quantum computation
本文提出逻辑块框架，以时空统一方式描述拓扑逻辑门，并基于表面码与LDPC码级联及FBQC实现通用容错量子计算，验证阈值一致性并探索减少资源开销的新方案。
2023-04-13 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
Focus beyond quadratic speedups for error-corrected quantum advantage
在这个角度来看，我们讨论的条件下，它将是可能的适度的容错量子计算机，以实现运行时的优势，通过执行量子算法，只有一个小的多项式加速比最好的经典的替代品。挑战在于计算必须在合理的时间内完成，同时要足够困难，使得小的量子缩放优势可以补偿与纠错相关的大常数因子开销。我们计算几个例子，这样的运行时使用国家的最先进的表面码建设下的各种假设。我们的结论是，二次加速将不会使量子优势的早期几代这样的容错设备，除非有一个显着的改善，我们将如何实现量子纠错。虽然即使我们将表面码中的逻辑门的速率增加一个数量级以上，这个结论仍然存在，但我们也对其他多项式次数的加速进行了重复分析，发现四次加速看起来更实用。
2021-03-31 quant-ph
Hierarchical Qubit Maps and Hierarchical Quantum Error Correction
我们考虑分层实现的量子纠错（HI-QEC），其中逻辑量子比特的量子数被差分优化以增强量子器件在科学应用中的能力。通过采用将模拟系统中的层次结构传播到逻辑量子比特噪声敏感性中的层次结构的量子比特表示，可以系统地构造物理到逻辑量子比特的分布的异质性。为了具体起见，我们估计HI-QEC在计算低能量可观测量到固定精度时对表面码资源的影响，发现在早期纠错模拟中量子位要求的$\sim 60\%$减少是合理的。分层量子比特映射也是可能的，在量子比特和量子比特系统中没有错误校正，其中非均匀性是无意的或通过设计的。分层优化是核物理和粒子物理量子模拟协同设计过程中的另一个要素。
2021-09-05 hep-lat hep-ph nucl-th
Low-cost algorithm-to-execution framework for surface-code quantum computing
Center on Frontiers of Computing Studies, Peking University（前沿计算研究中心，北京大学）；School of Computer Science, Peking University（计算机学院，北京大学）
本文提出表面码量子计算的低成本算法到执行框架，通过依赖保留调度和可执行工作负载链接逻辑计算与容错执行，在基准测试中显著降低时空体积和路由延迟。
2026-10-14 quant-ph
Fault-Tolerant Operation of a Quantum Error-Correction Code
量子纠错通过将其编码到更大的量子系统中来保护脆弱的量子信息。这些额外的自由度使得能够检测和校正错误，但也增加了编码的逻辑量子比特的操作复杂性。容错电路在操作逻辑量子比特时包含错误的传播，并且对于在实践中实现错误抑制是必不可少的。虽然容错设计原则上是可行的，但它以前没有在具有固有噪声特性的纠错物理系统中得到证明。在这项工作中，我们实验证明容错的准备，测量，旋转，和稳定剂测量的培根肖尔逻辑量子比特使用13个捕获离子量子比特。当我们将这些容错协议与非容错协议进行比较时，我们看到在存在噪声的情况下逻辑原语的错误率显著降低。容错设计的结果是，平均状态准备和测量误差为0.6%，Clifford门误差为0.3%。此外，我们准备了魔法状态，其结晶度超过蒸馏阈值，展示了通用容错操作所需的所有关键单量子位成分。这些结果表明，容错电路在当前的量子系统中实现了高度精确的逻辑原语。通过改进的双量子比特门和使用中间测量，可以实现稳定的逻辑量子比特。
2021-01-07 quant-ph
Cultivating logical catalysts for fault-tolerant dyadic phase rotations
Cornell University（康奈尔大学）
提出表面码培养协议，通过相位反冲生成精确的二元相位门Z^{2^{-b}}的可重用逻辑催化剂状态，实现恒定深度的在线非克利福德操作，消除近似误差。
2026-06-26 quant-ph
Beating the break-even point with a discrete-variable-encoded logical qubit
研究针对逻辑量子比特寿命未突破盈亏平衡点的问题，提出在微波腔光子数态中编码逻辑量子比特，利用定制频率梳脉冲提取错误伴随式并进行反馈纠错，使寿命提升约16%突破盈亏平衡点，证明了硬件高效离散变量QEC码的潜力。
2023-04-05 quant-ph
Repeated quantum error correction on a continuously encoded qubit by real-time feedback
面对错误的可靠量子信息处理是一个重大的基础和技术挑战。量子纠错通过在多个物理量子位中编码逻辑量子位（量子位）来保护量子态。为了与通用容错计算兼容，状态必须始终保持编码，并且错误必须得到主动纠正。在这里，我们使用钻石量子处理器在连续保护的量子位上演示了这种主动纠错。我们将一个逻辑量子比特编码在三个长寿命的核自旋中，使用辅助电子自旋通过非破坏性测量重复检测相位误差，并通过实时反馈对编码状态进行校正。主动纠错的量子比特对错误是鲁棒的，并且多轮纠错防止错误累积。此外，通过校正由环境自然引起的相关相位误差，我们证明了编码的量子叠加态在编码中使用的最佳物理量子比特的失相时间之后被保留。这些结果建立了一个强大的平台，在不同类型的噪声下的错误校正的基础研究，并标志着容错量子信息处理的重要一步。
2016-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimization of decoder priors for accurate quantum error correction
本文提出一种受强化学习启发的解码器先验校准方法，通过最小化逻辑错误率，在Google Sycamore处理器上使重复码和表面码解码精度分别提升16%和3.3%，为量子纠错性能优化提供关键工具。
2024-06-04 quant-ph
Multi-qubit compensation sequences
n个量子比特的哈密顿控制需要精确控制相互作用的强度和定时。补偿脉冲通过减少未知但系统误差来放宽精度要求。利用为单量子比特设计的复合脉冲技术，我们证明了在给定两个具有相同系统误差的非对易控制哈密顿量或一个无误差控制哈密顿量的情况下，n量子比特系统的系统误差可以被校正到任意精度.我们还研究了复合脉冲的上下文中的量子计算机控制的两个量子比特的相互作用。对于基于XY相互作用的量子计算机，单量子比特复合脉冲序列自然地校正系统误差。对于基于海森堡或交换相互作用的量子计算机，复合脉冲序列减少了逻辑单量子比特门的错误，但增加了逻辑双量子比特门的错误。
2009-10-27 quant-ph
Error-corrected quantum repeaters with GKP qudits
Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）码提供了将高维量子点编码为单个玻色子模式的可能性，例如光子激发。由于光子使量子信息在长距离上的可靠传输成为可能，并且由于遭受光子损失的GKP态可以在一定程度上恢复，因此GKP码最近在量子通信协议的理论研究中得到了应用。虽然以前的研究主要集中在GKP量子比特上，但高维GKP量子比特可能的实际好处迄今为止尚未得到广泛探索。在本文中，我们进行了性能分析的三个量子中继协议的基础上GKP量子比特，包括级联与多量子比特量子多项式码。我们发现，潜在的数据传输增益qudits往往阻碍了他们的GKP纠错能力下降。然而，我们也确定了参数制度，其中具有访问每个模式的量子能级的数量增加，可以提高理论上可实现的密钥速率的量子中继器。我们的一些协议共享的吸引人的功能，本地处理和完整的错误综合征识别是不需要在线挤压实现。只要提供合适的多模GKP状态，即使当逻辑量子由许多物理量子组成时，这也可以用最小的无源线性光学操作集来实现。
2023-03-28 quant-ph
Magic State Injection on IBM Quantum Processors Above the Distillation Threshold
School of Physics, The University of Melbourne（墨尔本大学物理学院）；Data61, CSIRO（CSIRO数据六十一实验室）
本文提出一种高效的旋转重叠六边形表面码，用于IBM量子处理器，实现了魔法态注入协议，报告了逻辑位翻转和相翻转误差阈值，展示了高保真度的逻辑魔法态制备，为实现非克莱因逻辑门提供了可能。
2024-12-18 quant-ph
Demonstration of a logical Bell-state measurement beyond the linear-optical limit
University of Stuttgart（斯图加特大学）；Johannes-Gutenberg University of Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）
本研究利用线性光学和两量子比特重复码实现逻辑贝尔态测量，成功概率达70.8%，超越线性光学50%的极限，为容错光子量子技术提供关键进展。
2026-09-11 quant-ph
Modular Architectures and Entanglement Schemes for Error-Corrected Distributed Quantum Computation
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；CWI（荷兰数学与计算机科学中心）；CSIRO（澳大利亚联邦科学与工业研究组织）；Harvard University（哈佛大学）
本文研究了模块化量子计算中纠错阈值与纠缠生成方案的关系，发现不同方案对性能影响显著，未来参数可能实现接近非分布式实现的容错阈值。
2025-12-22 quant-ph
Fault-tolerant optical interconnects for neutral-atom arrays
本研究结合表面码抗边界噪声理论、原子阵列量子计算实验进展与光量子网络技术，提出中性原子阵列局域纠错模块的容错光互连方案，在低误差下无需额外开销即可实现容错，满足高速逻辑时钟周期要求。
2024-08-16 quant-ph
Characterising the failure mechanisms of error-corrected quantum logic gates
The University of Sydney（悉尼大学）；University College London（伦敦大学学院）；IBM Quantum, T. J. Watson Research Center（IBM量子T.J.沃森研究中心）；IBM Denmark（IBM丹麦）
本文利用超导量子比特阵列上的重六边形码，研究了噪声对纠错逻辑操作的影响，发现读出期间闲置错误危害最大，并通过低深度线路和稳定性实验揭示了稳定性与存储时间的权衡，最终确定测量噪声是限制逻辑门保真度的主要因素。
2025-04-09 quant-ph
Benchmarking the ability of a controller to execute quantum error corrected non-Clifford circuits
本文提出首个基准测试，评估经典控制器-解码器系统执行量子纠错非Clifford电路的能力，并揭示低延迟解码前馈是决定系统运行状态与容错量子计算可行性的关键因素。
2025-08-29 quant-ph
Macroscopically distinct quantum superposition states as a bosonic code for amplitude damping
我们展示了如何宏观上不同的量子叠加态（薛定谔猫态）可以被用作逻辑量子比特编码的自发发射错误的校正。自发发射引起位翻转误差，该误差很容易由标准误差校正电路校正。当叠加相干态的振幅之间的距离增加时，该方法可以任意地工作。
1998-11-23 quant-ph
