量子物理
[提交于 2025年7月16日
]
标题: 量子纠错中的设计自动化
标题: Design Automation in Quantum Error Correction
摘要: 量子错误纠正(QEC)通过解决量子态的脆弱性并减轻退相干引起的错误,支撑了实用的容错量子计算(FTQC)。 随着量子设备的扩展,集成稳健的QEC协议是必要的,以将逻辑错误率抑制在阈值以下并确保可靠操作,尽管当前框架存在大量的量子比特开销和硬件效率低下问题。 因此,QEC流程中的设计自动化至关重要,它能够自动合成、转换、布局和验证纠错电路,以减少量子比特占用空间并推动容错边界。 本章全面介绍了QEC中的设计自动化,分为四个主要部分。 第一部分深入探讨了QEC的理论方面,涵盖逻辑与物理量子比特表示、稳定子码构造以及错误综合征提取机制。 第二部分概述了QEC设计流程,详细说明了需要设计自动化的领域。 第三部分综述了设计自动化技术的最新进展,包括算法$T$-门优化、改进的表面码架构以减少量子比特开销,以及基于机器学习的解码器自动化。 最后一部分考察了近期的FTQC架构,将自动化的QEC流水线集成到可扩展的硬件平台中,并讨论端到端的验证方法。 每个部分都辅以近期研究工作的案例分析,说明实际应用和性能权衡。 总体而言,本章旨在使读者全面了解容错量子计算背景下QEC系统设计中的设计自动化。
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