[發(fā)明專利]一種基于新型量子位交互拓?fù)涞牧孔颖砻娲a的糾錯(cuò)受控非門

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010870133.X
• 申請(qǐng)日: 2020-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN112070230B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 管致錦;丁飛;程學(xué)云;朱鵬程;張超;牛義仁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06N10/70
• 分類號(hào): G06N10/70
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發(fā)明公開了一種基于新型量子位交互拓?fù)涞牧孔颖砻娲a的糾錯(cuò)受控非門，所述糾錯(cuò)受控非門由附屬邏輯量子位A、控制邏輯量子位C及目標(biāo)邏輯量子位T構(gòu)成，所述附屬邏輯量子位A分別和控制邏輯量子位C及目標(biāo)邏輯量子位T連接，所述附屬邏輯量子位A、控制邏輯量子位C及目標(biāo)邏輯量子位T均是基于二階蜂巢結(jié)構(gòu)的X?Z穩(wěn)定器，利用基于二階蜂巢結(jié)構(gòu)的X?Z穩(wěn)定器作為一個(gè)邏輯量子位來減少單個(gè)邏輯量子位需要的物理量子位個(gè)數(shù)，從而減少需要三個(gè)邏輯量子位的基于量子表面碼的糾錯(cuò)受控非門的物理量子位個(gè)數(shù)，并降低基于量子表面碼的糾錯(cuò)受控非門的實(shí)現(xiàn)代價(jià)，同理可降低基于量子表面碼的糾錯(cuò)受控非門的其他可糾錯(cuò)量子邏輯門實(shí)現(xiàn)代價(jià)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子計(jì)算機(jī)，尤其涉及一種基于新型量子位交互拓?fù)涞牧孔颖砻娲a的糾錯(cuò)受控非門。

背景技術(shù)

隨著量子計(jì)算的不斷發(fā)展，其對(duì)諸多領(lǐng)域可能帶來的潛在或直接的顛覆性影響被得到越來越多的學(xué)者認(rèn)同。目前的真實(shí)量子系統(tǒng)，由于集成的量子位數(shù)量還不多(100量子位以內(nèi))，并且存在量子退相干等影響計(jì)算結(jié)果的噪聲，因此被稱為“中等規(guī)模有噪聲量子計(jì)算機(jī)(NISQ)”。由于噪聲的存在，NISQ系統(tǒng)中的量子操作過程是“易出錯(cuò)的”，其出錯(cuò)通常表現(xiàn)在兩個(gè)方面：門錯(cuò)誤和退相干。門錯(cuò)誤是指某個(gè)量子態(tài)在經(jīng)過某個(gè)量子門操作后有一定概率輸出為錯(cuò)誤的量子態(tài)結(jié)果，而退相干是指某量子比特經(jīng)過一定的時(shí)間會(huì)丟失其原先保存的信息，因此需要用量子糾錯(cuò)碼(QECC)來實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)。目前量子糾錯(cuò)碼有斯泰恩碼(Steane?Code)和表面碼(Surface?Code)等。相比斯泰恩碼，由于需要的額外量子位更少，線路深度更低，表面碼有著更好的技術(shù)前景。基于量子表面碼的受控非門可用于與H門，S門，T門構(gòu)成糾錯(cuò)通用邏輯門集，在糾錯(cuò)碼的基礎(chǔ)上提供糾錯(cuò)通用邏輯門集，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)量子位的操作，從而達(dá)到糾錯(cuò)量子計(jì)算。

L.Lao、B.van?Wee、I.Ashraf、J.van?Someren、N.Khammassi、K.Bertels、C.G.Almudever1Austin在其發(fā)表的論文“Mapping?of?Lattice?Surgery-based?QuantumCircuits?on?Surface?Code?Architectures”(arXiv:1805.11127v1[quant-ph]28May2018)中提出一種基于“二維網(wǎng)格”架構(gòu)的滿足表面碼的糾錯(cuò)受控非門(CNOT門)，一個(gè)可糾錯(cuò)的CNOT門需要添加一個(gè)額外的附屬量子位A，即需要3個(gè)邏輯量子位來實(shí)現(xiàn)。其中，每個(gè)邏輯量子位由17個(gè)物理量子位構(gòu)成，并且擁有兩種邊界：X邊界和Z邊界。根據(jù)邊界的不同，3個(gè)邏輯量子位之間可以形成緊密排布或松散排布，其中3個(gè)邏輯量子位緊密排布的基于表面碼的糾錯(cuò)CNOT門需要51個(gè)物理量子位，3個(gè)邏輯量子位松散排布的基于表面碼的糾錯(cuò)CNOT門需要49個(gè)物理量子位，該方法仍然存在的不足之處是，二維結(jié)構(gòu)中最鄰近的物理量子位對(duì)數(shù)最多為4對(duì)，導(dǎo)致基于表面碼的糾錯(cuò)CNOT門需要的物理量子位較多，導(dǎo)致基于量子表面碼的糾錯(cuò)CNOT門的實(shí)現(xiàn)時(shí)需要的代價(jià)較大，同理可知基于量子表面碼的糾錯(cuò)CNOT門的其他糾錯(cuò)量子邏輯門實(shí)現(xiàn)代價(jià)也會(huì)較大。

因此，需要一種基于新型量子位交互拓?fù)涞牧孔颖砻娲a的糾錯(cuò)受控非門來降低實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)量子邏輯門的實(shí)現(xiàn)代價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種新型量子位交互拓?fù)涞牧孔颖砻娲a的糾錯(cuò)受控非門，利用基于二階蜂巢結(jié)構(gòu)的X-Z穩(wěn)定器作為一個(gè)邏輯量子位來減少單個(gè)邏輯量子位需要的物理量子位個(gè)數(shù)，從而減少需要三個(gè)邏輯量子位的基于量子表面碼的糾錯(cuò)受控非門的物理量子位個(gè)數(shù)，從而降低基于量子表面碼的糾錯(cuò)CNOT門的實(shí)現(xiàn)代價(jià)，同理可降低基于量子表面碼的糾錯(cuò)CNOT的其他可糾錯(cuò)量子邏輯門實(shí)現(xiàn)代價(jià)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于新型量子位交互拓?fù)涞牧孔颖砻娲a的糾錯(cuò)受控非門，所述糾錯(cuò)受控非門由附屬邏輯量子位A、控制邏輯量子位C及目標(biāo)邏輯量子位T構(gòu)成，所述附屬邏輯量子位A分別和控制邏輯量子位C及目標(biāo)邏輯量子位T連接，所述附屬邏輯量子位A、控制邏輯量子位C及目標(biāo)邏輯量子位T均是基于二階蜂巢結(jié)構(gòu)的X-Z穩(wěn)定器。