课题基金 / 基金详情

“surface-17”量子纠错码在超导量子电路中的实现

批准号:
12104055
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李薛刚
学科分类:
量子计算与量子通信
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李薛刚

项目摘要

结项摘要

相似基金

相关文献

中文摘要
量子计算机的物理实现有多种方案,其中超导量子比特和量子电路在相干性、操控性和扩展性等方面都具有很大的优势,是目前实现通用量子计算机最有力的竞争者之一。近几年来全球各个实验组对超导量子比特的研究也取得了巨大成果,目前超导量子比特的寿命和相干性相比于量子门的时间已经达到了几千倍(出错率大约在10^-4量级)。但是这些量子比特依然非常脆弱,很容易受到环境噪音的干扰,距离真正运行一个有用的Shor算法(出错率大约在10^-14量级)还差得很远。我们需要用量子纠错技术来进一步提高量子比特的寿命和相干性。基于超导量子比特的表面编码量子纠错算法是目前最有希望的平台之一。本项目主要研究如何高保真的实现表面编码要求的所有量子操作,并在该芯片上运行“surface-17”编码量子纠错算法。
英文摘要
There are many kinds of methods for physical realization of the universal quantum computer. Superconducting quantum circuits have made an enormous progress towards long coherence time of qubit, accurate manipulation and convenient scalability of quantum processors. Although, the error rate of quantum gate operation has been reached around 10^-4 orders of magnitude, the qubit is still very fragile to the environmental noise. It’s far away to run a useful Shor algorithm which needs the error rate of quantum gate operation would be 10^-14 orders of magnitude. We need to use quantum error correction technology to further improve the coherence time of qubits. Superconducting qubits based on surface code is such one of the most promising candidate. This project mainly focus on how to realize the required high-fidelity quantum operations of physical superconducting qubits, and demonstrating a logical qubit encoded by a surface-17 stabilizer code.
量子比特作为量子信息的基本载体,其当前操作错误率约为10^-4,而构建通用可扩展高精度量子计算机需将错误率降低至10^-14量级。为跨越这一数量级鸿沟,量子纠错算法的应用成为关键突破口。其中,表面量子纠错码凭借其拓扑保护特性成为最具潜力的方案——通过将量子信息编码至由物理比特构成的逻辑比特中实现错误抑制。理论研究表明,"surface-17"方案(即利用17个物理比特构建单个逻辑比特)是纠错能力覆盖单比特错误的最小单元。本研究聚焦于超导量子比特平台上的表面码实验验证。首先,我们成功研制出二维超导量子芯片,其核心性能指标达国际先进水平:量子比特退相干时间,能量弛豫时间约56us、相位弛豫时间约41us;单比特门保真度99.85%、两比特门保真度98%、快速读取效率97%、快速初始化保真度99.5%。基于该平台,我们构建了可编程二维量子模拟器,在超导系统中模拟了拓扑序与无序竞争的二维相图。进一步地,我们系统研究了宇宙射线对超导量子比特的影响:通过创新性测量方法(已申请专利),首次在实验层面区分并量化了缪子(占比~18%)与伽马射线(~82%)对量子比特的扰动占比,为量子计算环境屏蔽提供关键依据。最终,我们成功在17比特超导量子处理器上实现"surface-17"编码的全流程演示,验证了表面码在真实量子系统中的可行性。
国内基金
海外基金