بنية ذرة محايدة متسامحة مع الأخطاء لحساب الكم العالمي

يعد تصحيح الخطأ الكمي (QEC) (1،2) ضروريًا لتحقيق أجهزة الكمبيوتر الكمومية واسعة النطاق (3،4). ومع ذلك، ونظرًا لتعقيد العمل على البتات الكمومية “المنطقية” المشفرة (5،6)، فإن فهم المبادئ الفيزيائية لبناء أجهزة كمومية تتحمل الأخطاء ودمجها في بنيات فعالة يمثل تحديًا علميًا بارزًا. نحن هنا نستخدم مصفوفات قابلة لإعادة التشكيل لما يصل إلى 448 ذرة محايدة لتنفيذ العناصر الأساسية لبنية المعالجة الكمومية العالمية المتسامحة مع الأخطاء واستكشاف آليات عملها الأساسية بشكل تجريبي. نستخدم أولاً الرموز السطحية لدراسة كيفية قيام QEC المتكرر بقمع الأخطاء (6،7)، مما يوضح أداء أقل من العتبة بمقدار 2.14(13)x في دائرة توصيف رباعية الجولات من خلال الاستفادة من اكتشاف فقدان الذرة وفك تشفير التعلم الآلي (8،9). نقوم بعد ذلك بدراسة التشابك المنطقي باستخدام البوابات المستعرضة وجراحة الشبكة (10-12)، وتوسيع نطاقه ليشمل المنطق العالمي من خلال النقل الآني المستعرض باستخدام رموز ثلاثية الأبعاد ((15,1,3)) (13,14)، مما يتيح توليف الزاوية التعسفية مع حمل متعدد اللوغاريتمي (5,15). أخيرًا، قمنا بتطوير إعادة استخدام الكيوبتات في منتصف الدائرة (16)، وزيادة معدلات الدورة التجريبية بأمرين من حيث الحجم وتمكين بروتوكولات الدائرة العميقة مع العشرات من الكيوبتات المنطقية ومئات من عمليات النقل الآني المنطقية (17-20) مع ((7،1،3)) والرموز ذات المعدل العالي ((16،6،4)) مع الحفاظ على إنتروبيا داخلية ثابتة. تكشف تجاربنا عن المبادئ الأساسية لتصميم معماري فعال، بما في ذلك التفاعل بين المنطق الكمي وإزالة الإنتروبيا، واستخدام التشابك الفيزيائي بحكمة في البوابات المنطقية وتوليد الحالة السحرية، والاستفادة من النقل الآني من أجل العالمية وإعادة ضبط الكيوبت الفيزيائي. تضع هذه النتائج أسسًا لمعالجة الأخطاء العالمية والقابلة للتطوير وتنفيذها العملي باستخدام أنظمة ذرية محايدة.