Démonstration optique du seuil de tolérance aux pannes quantiques

Le traitement des erreurs expérimentales, qui pourraient survenir à chaque étape des circuits quantiques, est d’une grande importance, en particulier dans la mise en œuvre du calcul quantique. De manière générale, la correction d’erreur quantique nécessite plus de qubits pour accomplir l’opération de correction.

Cependant, la méthode tolérante aux pannes, dans laquelle les qubits logiques sont codés avec plusieurs qubits physiques et l’erreur dans l’espace physique est autorisée et ne devrait pas être corrigée, offre une autre façon de traiter l’erreur en excluant le qubit avec des erreurs de la espace encodé.

Plus précisément, sur la base du même matériel, des qubits logiques pourraient être émis avec une meilleure probabilité dans le circuit codé tolérant aux pannes que dans le circuit non codé lorsque le taux d’erreur est inférieur au seuil. Plus important encore, le circuit tolérant aux pannes pourrait être vérifié dans un petit système composé de plusieurs qubits. Et le seuil – preuve explicite du succès de la méthode tolérante aux pannes – pourrait être déterminé en comparant les probabilités de sortie des circuits codés et des circuits non codés.

Dans un nouvel article publié dans Sciences de la lumière et applicationsune équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Chuan-Feng Li du CAS Key Laboratory of Quantum Information de l’Université des sciences et technologies de Chine, a exploité les modes spatiaux de deux photons intriqués pour construire une plate-forme expérimentale et a observé directement la faille- seuil tolérant pour les circuits quantiques étudiés.

Avec les qubits physiques représentés par des comptages coïncidents des modes spatiaux de chaque photon, deux qubits logiques sont codés et manipulés par les opérations correspondantes sur les qubits physiques. En important artificiellement le taux d’erreur avec une précision extrêmement élevée, nous avons pu balayer la plage de taux d’erreur qui couvre le seuil. Lorsque la probabilité de sortie de succès du circuit codé est supérieure à celle du circuit non codé, nous pouvons confirmer la valeur exacte du seuil, qui est étayée par les résultats solides, y compris les opérations à un seul qubit et à deux qubits dans la logique. espace.

En plus de faciliter l’étude du calcul quantique tolérant aux pannes dans les systèmes évolutifs, ce travail est utile pour d’autres tâches d’information quantique, telles que la purification de l’intrication et la communication quantique longue distance.

En observant le seuil de taux d’erreur, nous avons pu comprendre le cadre détaillé des protocoles tolérants aux pannes et juger du succès de la tolérance aux pannes. Les scientifiques résument les performances de la plate-forme optique :

« Nous construisons la configuration basée sur les modes spatiaux de deux photons qui manifeste les avantages suivants : (1) fonctionnement de haute précision qui est l’exigence rigide d’un circuit tolérant aux pannes ; (2) facile d’importer l’erreur artificielle et d’ajuster son taux ; (3) présenter le schéma linéaire de chaque étape du processus tolérant aux pannes ; et (4) facile à mettre en œuvre le circuit codé tolérant aux pannes et le circuit non codé. »

« Outre le type d’erreur considéré dans ce travail, d’autres modèles d’erreur dans un protocole universel tolérant aux pannes pourraient être étudiés sur la base de cette plate-forme expérimentale. Par exemple, en étendant la plate-forme expérimentale basée sur le mode spatial optique du cadre à photon unique à deux -cadre de photons intriqués dans ce travail, l’effet d’erreur non local pourrait être étudié plus en détail dans le calcul quantique tolérant aux pannes », déclarent les scientifiques.