Fault-tolerant universal quantum computation via surface code conversion
Abstract
量子计算在处理某类特定问题时展现出巨大潜力，但其易受噪声干扰的特性要求高效的量子纠错方案。表面码作为一种重要的量子纠错码，其中2D表面码易于实现Clifford门集，而3D表面码可横截实现CCZ,CZ门，通过两者之间的码转换可高效实现容错通用门集。本文旨在优化3D表面码的编码线路设计，并研究其与2D表面码之间的码转换机制，以降低容错通用量子计算的资源开销。采用基于稳定子实现的编码线路设计及时隙优化方法，实现了高效的逻辑态编码；进一步提出基于融合与分割操作的码转换方案，并在Qiskit平台上对码距为2的实例进行仿真验证。结果表明，所设计的编码线路可以在较少时隙内正确编码，码转换方案能够有效实现任意逻辑态在2D表面码与3D表面码间的相互传输。本方案避免了魔幻态蒸馏过程，为高效实现容错通用量子计算提供了一种新途径。
Fields of Study & Subjects
Quantum Computing Algorithms and Architecture
Quantum Information and Cryptography
Quantum Mechanics and Applications
Publication details
- Journal / source
- Acta Physica Sinica
- Publisher
- Acta Physica Sinica, Chinese Physical Society and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences
- Volume
- 75
- Issue
- 8
- Publication date
- 1 January 2026