9、智能量子计算纠错码的容错机制

智能量子计算纠错码的容错机制

1. 引言

传统计算机在解决某些特定问题时面临困难，而量子计算机处理这些问题则相对轻松。尽管利用多种物理系统已实现了微观尺度的量子计算，但大规模量子处理对于大多数可行方案而言，仍是一个严峻的实验难题。例如，在光学系统中利用压缩真空态，实验已实现了超过百万模式的状态，这种状态在大规模连续变量（CV）量子计算中极具潜力。

量子计算机有望在诸如因式分解和哈密顿量模拟等操作上，比经典计算机快一个数量级。然而，量子系统具有内在的交互性，容易出现物理错误，且量子计算机的物理错误率远高于经典计算机，因此消除这些错误至关重要。

为解决这一问题，研究人员探索了容错量子计算（FTQC）与量子纠错码相结合的方法。在FTQC上，像哈密顿量模拟算法这样的标准量子算法可以长时间运行。根据最新资源估计，要基于计算复杂性概念看到明显的量子优势，逻辑量子操作的数量需达到约1,010次。

在实现长期FTQC的过程中，由于量子资源（如量子比特和魔法态数量）的限制，无法进行高级编码，我们会经历多个中间阶段。随着量子技术的全面发展，我们将实现逻辑空间计算的量子优越性。“早期FTQC阶段”指的是实现逻辑量子优越性之后、证明长期应用可行性之前的时间段。

2. 相关工作

不同的纠错码在通信距离和连接开销方面存在差异。如果有大量的量子存储器，纠缠分发可能是为物理连接有限的大型机器提供远程连接的可行策略。

“横向”是纠错码的一个特性，即当出现错误时，每个码块可独立进行纠错。高维纠错码能使用更多的横向门，可显著减少纠错所需的总时间。光子互连模块在潜在连接图方面具有最大的灵活性，但最大连接速度可能成为系统的瓶颈，当前量子平