[發明專利]基于相鄰比特洞實現量子表面碼容錯受控非門的方法

有效

• 申請號: 202010075141.5
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111245612B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 權東曉;曾維海;江楚凡;朱暢華;趙楠;易運暉;陳南;裴昌幸
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

1.一種基于相鄰比特洞實現量子表面碼容錯受控非門的方法，其特征在于，構造兩對相鄰的量子比特洞用于產生量子表面碼容錯受控非門的控制比特與目標比特，控制比特的量子比特洞圍繞目標比特的量子比特洞移動產生的閉環與目標比特的量子比特洞相鄰，該方法具體步驟包括如下：

步驟1，生成受控非門的控制比特：

在表面碼中選擇滿足生成控制比特條件的兩個同類型的測量量子比特，停止所選兩個測量量子比特的穩定子測量后得到兩個比特洞C₁與C₂；

將停止穩定子測量后產生的兩個額外自由度定義為一個邏輯比特，將該邏輯比特作為受控非門的控制比特；

所述生成控制比特條件是指同時滿足下述條件的情形：

情形1：兩個測量量子比特在水平或垂直方向至少相距三個碼長距離；

情形2：兩個測量量子比特與表面碼所有外邊界中最近的邊界至少相距一個碼長距離；

情形3：兩個測量量子比特都是Z型測量量子比特；

步驟2，生成受控非門的目標比特：

在表面碼中選擇滿足生成目標比特條件的兩個同類型的測量量子比特，停止所選兩個測量量子比特的穩定子測量后得到兩個比特洞C₃與C₄，C₃表示與比特洞C₁相鄰的比特洞，C₄表示與比特洞C₂相鄰的比特洞；

將停止穩定子測量后產生的兩個額外自由度定義為一個邏輯比特，將該邏輯比特作為受控非門的目標比特；

所述生成目標比特條件是指同時滿足下述條件的情形：

情形1：兩個測量量子比特的距離與生成比特洞C₁和比特洞C₂的兩個測量量子比特的距離相同；

情形2：兩個測量量子比特的類型與生成比特洞C₁和比特洞C₂的兩個測量量子比特的類型不同；

情形3：兩個測量量子比特與表面碼所有外邊界中最近的邊界至少相距三個碼長距離；

情形4：兩個測量量子比特分別與生成比特洞C₁和比特洞C₂的兩個測量量子比特相鄰；

步驟3，第一次移動比特洞：

第1步，以比特洞C₂為起始點，在比特洞C₄四周以逆時針方向依次選取與比特洞C₄相鄰的四個測量量子比特M₂，M₃，M₄和M₁用以比特洞移動，選取測量量子比特M₁與M₂中間的數據量子比特D₁，選取測量量子比特M₂與M₃中間的數據量子比特D₂，對數據量子比特D₁和D₂進行X基測量，進而分別停止測量量子比特M₂和M₃的穩定子測量后得到兩個相鄰的比特洞C₅和C₆，將比特洞C₅，C₆與C₂構成一個三比特比特洞；若數據量子比特測量結果為|-時，將相應比特洞C₅或者C₆生成的邏輯量子比特狀態進行由|-轉換成|+的Z邏輯操作；

第2步，將數據量子比特D₁和D₂初始化為|+態，測量量子比特M₁和測量量子比特M₂分別對其各自四周的四個數據量子比特進行穩定子測量，得到四個數據量子比特的癥狀；

第3步，判斷測量量子比特M₁和M₂測量的穩定子是否滿足穩定子條件，若是，則執行步驟4，否則，執行本步驟的第4步，所述穩定子條件是指在穩定子類型對應的基下測量量子比特進行測量的結果為0，即Z基下測量結果為|0，X基下測量結果為|+；

第4步，將不滿足穩定子條件的穩定子對應的數據量子比特進行X操作，改變數據量子比特的狀態；

所述穩定子對應數據量子比特是指測量量子比特M₁的穩定子對應數據量子比特D₁和D₂，測量量子比特M₂的穩定子對應數據量子比特D₂；

步驟4，第二次移動比特洞：

第1步，選取測量量子比特M₃與M₄中間的數據量子比特D₃，選取測量量子比特M₄與M₁中間的數據量子比特D₄，對數據量子比特D₃和D₄進行X基測量，進而分別停止測量量子比特M₄和M₁的穩定子測量后得到兩個相鄰的比特洞C₇和C₈，將比特洞C₇，C₈與C₆構成一個三比特比特洞；若數據比特測量結果為|-時，將相應比特洞C₇或者C₈生成的邏輯量子比特狀態進行由|-轉換成|+的Z邏輯操作；

第2步，將數據量子比特D₃和D₄初始化為|+態，測量量子比特M₃和測量量子比特M₄分別對其各自四周的四個數據量子比特進行穩定子測量，得到四個數據量子比特的癥狀；

第3步，判斷測量量子比特M₃和M₄測量的穩定子是否滿足穩定子條件，若是，則執行步驟6，否則，執行步驟5，所述穩定子條件是指在穩定子類型對應的基下測量量子比特進行測量的結果為0，即Z基下測量結果為|0，X基下測量結果為|+；

步驟5，將不滿足穩定子條件的穩定子對應的數據量子比特進行X操作，改變數據量子比特的狀態后執行步驟6；

所述穩定子對應數據量子比特是指測量量子比特M₃的穩定子對應數據量子比特D₃和D₄，測量量子比特M₄的穩定子對應數據量子比特D₄；

步驟6，通過兩次比特洞的移動實現了量子表面碼容錯受控非門。