ترجمه فارسی مقاله افزایش طول عمر کوانتومی با اصلاح خطای محلی بدون اندازه گیری و یادگیری تقویت

چکیده

Reliable quantum computation requires systematic identification and correction of errors that occur and accumulate in quantum hardware. To diagnose and correct such errors, standard quantum error-correcting protocols utilize $\textit{global}$ error information across the system obtained by mid-circuit readout of ancillary qubits. We investigate circuit-level error-correcting protocols that are measurement-free and based on $\textit{local}$ error information. Such a local error correction (LEC) circuit consists of faulty multi-qubit gates to perform both syndrome extraction and ancilla-controlled error removal. We develop and implement a reinforcement learning framework that takes a fixed set of faulty gates as inputs and outputs an optimized LEC circuit. To evaluate this approach, we quantitatively characterize an extension of logical qubit lifetime by a noisy LEC circuit. For the 2D classical Ising model and 4D toric code, our optimized LEC circuit performs better at extending a memory lifetime compared to a conventional LEC circuit based on Toom’s rule in a sub-threshold gate error regime. We further show that such circuits can be used to reduce the rate of mid-circuit readouts to preserve a 2D toric code memory. Finally, we discuss the application of the LEC protocol on dissipative preparation of quantum states with topological phases.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

محاسبات کوانتومی قابل اعتماد نیاز به شناسایی سیستماتیک و تصحیح خطاها دارد که در سخت افزار کوانتومی رخ می دهد و تجمع می یابد.برای تشخیص و تصحیح چنین خطاهایی ، پروتکل های اصلاح کننده خطای کوانتومی استاندارد از اطلاعات خطای $ \ textit {جهانی} $ در سراسر سیستم به دست آمده با بازخوانی میانی مدار کمکی استفاده می کنند.ما پروتکل های تصحیح خطا در سطح مدار را که بدون اندازه گیری هستند و براساس اطلاعات خطای $ \ {محلی} $ بررسی می کنیم ، بررسی می کنیم.چنین مدار تصحیح خطای محلی (LEC) از دروازه های چند ضلعی معیوب برای انجام هر دو استخراج سندرم و حذف خطای کنترل شده با آنیلا تشکیل شده است.ما یک چارچوب یادگیری تقویت کننده را توسعه داده و پیاده سازی می کنیم که مجموعه ثابت از دروازه های معیوب را به عنوان ورودی و خروجی یک مدار بهینه LEC می گیرد.برای ارزیابی این رویکرد ، ما به طور کمی یک گسترش طول عمر منطقی منطقی توسط یک مدار LEC پر سر و صدا توصیف می کنیم.برای مدل 2D ISING کلاسیک و کد توریک 4D ، مدار بهینه سازی شده LEC ما در طول عمر حافظه در مقایسه با یک مدار معمولی LEC بر اساس قانون Toom در یک رژیم خطای زیر آستانه آستانه عملکرد بهتری دارد.ما در ادامه نشان می دهیم که از چنین مدارهایی می توان برای کاهش میزان خواندن مدار میانی برای حفظ حافظه کد 2D استفاده کرد.سرانجام ، ما در مورد کاربرد پروتکل LEC در آماده سازی اتلاف حالت های کوانتومی با مراحل توپولوژیکی بحث می کنیم.