a:Principio per implementare qubit fisici con le modalità spaziali di due fotoni entangled. E il modello sperimentale su ciascun fotone è illustrato in b. I risultati sperimentali dei circuiti fault-tolerant per il funzionamento logico di una porta Hadamard a qubit singolo sono mostrati in c, ei risultati per le operazioni logiche considerando una successiva porta non controllata a due qubit sono mostrati in d. Fp e fp rappresentano rispettivamente le probabilità di uscita di successo per il circuito codificato e il circuito non codificato. La modalità ad elevata disponibilità viene verificata con Fp> fp. Credito:Kai Sun et al.
Gestire gli errori sperimentali, che potrebbero verificarsi in ogni fase dei circuiti quantistici, è di grande importanza, specialmente nell'implementazione del calcolo quantistico. In generale, la correzione dell'errore quantistico richiede più qubit per eseguire l'operazione di correzione.
Tuttavia, il metodo fault-tolerant, in cui i qubit logici sono codificati con diversi qubit fisici e l'errore nello spazio fisico è consentito e non dovrebbe essere corretto, fornisce un altro modo per trattare l'errore escludendo il qubit con errori dal spazio codificato.
Per essere più precisi, sulla base dello stesso hardware, i qubit logici potrebbero essere emessi con una probabilità migliore nel circuito codificato tollerante ai guasti rispetto a quello del circuito non codificato quando il tasso di errore è inferiore alla soglia. Ancora più importante, il circuito tollerante ai guasti potrebbe essere verificato in un piccolo sistema composto da diversi qubit. E la soglia, una prova esplicita a sostegno del successo del metodo tollerante ai guasti, può essere determinata confrontando le probabilità di uscita di circuiti codificati e circuiti non codificati.
In un nuovo articolo pubblicato su Light Science &Application , un team di scienziati, guidato dal professor Chuan-Feng Li del CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China, ha sfruttato le modalità spaziali di due fotoni entangled per costruire una piattaforma sperimentale e ha osservato direttamente la faglia soglia di tolleranza per i circuiti quantistici studiati.
Con i qubit fisici rappresentati da conteggi coincidenti delle modalità spaziali di ciascun fotone, due qubit logici vengono codificati e manipolati attraverso le operazioni corrispondenti sui qubit fisici. Importando artificialmente il tasso di errore con una precisione estremamente elevata, potremmo scansionare l'intervallo di tasso di errore che copre la soglia. Quando la probabilità di output di successo del circuito codificato è superiore a quella del circuito non codificato, possiamo confermare il valore esatto della soglia, che è supportato dai buoni risultati che includono le operazioni a qubit singolo ea due qubit nella logica spazio.
Oltre a facilitare lo studio del calcolo quantistico tollerante ai guasti nei sistemi scalabili, questo lavoro è utile per altre attività di informazione quantistica, come la purificazione dell'entanglement e la comunicazione quantistica a lunga distanza.
Osservando la soglia del tasso di errore, potremmo comprendere la struttura di dettaglio dei protocolli tolleranti ai guasti e giudicare il successo dei protocolli tolleranti ai guasti. Gli scienziati riassumono le prestazioni della piattaforma ottica:
"Costruiamo l'impostazione sulla base delle modalità spaziali di due fotoni che manifesta i seguenti vantaggi:(1) funzionamento ad alta precisione che è il rigido requisito del circuito tollerante ai guasti; (2) facile importare l'errore artificiale e regolarne la velocità; (3) presentare lo schema lineare di ogni fase del processo di tolleranza ai guasti; e (4) facile da implementare il circuito codificato tollerante ai guasti e il circuito non codificato."
"Oltre al tipo di errore considerato in questo lavoro, è possibile studiare altri modelli di errore in un protocollo universale tollerante ai guasti sulla base di questa piattaforma sperimentale. Ad esempio, estendendo la piattaforma sperimentale basata sulla modalità spaziale ottica dal framework a fotone singolo a due -quadro di fotoni entangled in questo lavoro, l'effetto dell'errore non locale potrebbe essere ulteriormente studiato nel calcolo quantistico tollerante ai guasti", affermano gli scienziati. + Esplora ulteriormente
