Demonstrating quantum error mitigation on logical qubits

Aosai Zhang

doi:10.1038/s41467-025-67768-4

2025-12-24

DOI：10.1038/s41467-025-67768-4

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量子计算中长期存在的挑战之一是开发能够克服量子比特固有噪声的技术。为了在容错量子计算的早期阶段实现有意义的应用，设计抑制纠错后逻辑故障的方法正变得越来越关键。在本工作中，我们提出了并将零噪声外推这一实用的量子误差缓解技术应用于超导处理器的纠错电路中。通过放大物理量子比特上的噪声，电路产生的结果表现出对噪声强度的可预测依赖性，这种依赖性遵循由码距决定的特定多项式函数。这一特性使得多项式外推能够有效缓解逻辑错误。我们的实验表明，该技术能够普遍降低各类量子电路中的逻辑错误，包括重复码和表面码的容错电路。我们观察到在多轮纠错电路中表现出良好的性能，表明该方法在电路深度增加时仍能保持有效性。这些结果推动了量子误差抑制技术的发展前沿，为在早期容错阶段实现可靠的量子计算开辟了实用途径。量子误差缓解是指减少而非纠正量子计算中错误的技术。本文作者将零噪声外推应用于超导处理器的量子纠错电路，有效降低了逻辑错误，并促进了早期容错量子计算的发展。

Keyword:

Quantum error mitigation

Zero-noise extrapolation

Logical errors

Superconducting processors

Fault-tolerant quantum computing

AI总结

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期刊

Nature Communications

IF:

15.7

论文数:

9.4W

被引数:

91.2W

机构

zhejiang university

学者数:

17.7W

论文数: 12.1W

被引数: 152

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Kristan Temme; Sergey Bravyi; Jay M. Gambetta

Quantum Low-Density Parity-Check Codes 量子低密度奇偶校验码

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Breuckmann, Nikolas P.; Eberhardt, Jens Niklas

Quantum certification and benchmarking 量子认证和基准测试

Nature Reviews Physics

IF0

2020-06-17

OAAI

Jens Eisert; Dominik Hangleiter; Nathan Walk; Ingo Roth; Damian Markham; Rhea Parekh; Ulysse Chabaud; Elham Kashefi

Zero Noise Extrapolation on Logical Qubits by Scaling the Error Correction Code Distance

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IF0

2023-09-17

PREAI

Wahl,Misty A.; Mari,Andrea; Shammah,Nathan; Zeng,William J.; Ravi,Gokul Subramanian

Stim: a fast stabilizer circuit simulator

QUANTUM

IF5.4

2021-07-06

116

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Gidney, Craig

Zero-noise extrapolation for quantum-gate error mitigation with identity insertions

Physical Review A

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2020-07-29

OAAI

Andre He; Benjamin Nachman; Wibe A. de Jong; Christian W. Bauer

Surface code quantum computing by lattice surgery

New Journal of Physics

IF0

2012-12-07

OAAI

Dominic Horsman; Austin G Fowler; Simon Devitt; Rodney Van Meter

Learning-Based Quantum Error Mitigation

PRX QUANTUM

IF11

2021-11-10

106

OAAI

Strikis, Armands; Qin, Dayue; Chen, Yanzhu; Benjamin, Simon C.; Li, Ying

Fundamental limits of quantum error mitigation

NPJ QUANTUM INFORMATION

IF8.3

2022-09-22

OAAI

Takagi, Ryuji; Endo, Suguru; Minagawa, Shintaro; Gu, Mile

Purification-based quantum error mitigation of pair-correlated electron simulations

NATURE PHYSICS

IF18.4

2023-10-12

OAAI

O'Brien, T. E.; Anselmetti, G.; Gkritsis, F.; Elfving, V. E.; Polla, S.; Huggins, W. J.; Oumarou, O.; Kechedzhi, K.; Abanin, D.; Acharya, R.; Aleiner, I.; Allen, R.; Andersen, T. I.; Anderson, K.; Ansmann, M.; Arute, F.; Arya, K.; Asfaw, A.; Atalaya, J.; Bardin, J. C.; Bengtsson, A.; Bortoli, G.; Bourassa, A.; Bovaird, J.; Brill, L.; Broughton, M.; Buckley, B.; Buell, D. A.; Burger, T.; Burkett, B.; Bushnell, N.; Campero, J.; Chen, Z.; Chiaro, B.; Chik, D.; Cogan, J.; Collins, R.; Conner, P.; Courtney, W.; Crook, A. L.; Curtin, B.; Debroy, D. M.; Demura, S.; Drozdov, I.; Dunsworth, A.; Erickson, C.; Faoro, L.; Farhi, E.; Fatemi, R.; Ferreira, V. S.; Burgos, L. Flores; Forati, E.; Fowler, A. G.; Foxen, B.; Giang, W.; Gidney, C.; Gilboa, D.; Giustina, M.; Gosula, R.; Dau, A. Grajales; Gross, J. A.; Habegger, S.; Hamilton, M. C.; Hansen, M.; Harrigan, M. P.; Harrington, S. D.; Heu, P.; Hoffmann, M. R.; Hong, S.; Huang, T.; Huff, A.; Ioffe, L. B.; Isakov, S. V.; Iveland, J.; Jeffrey, E.; Jiang, Z.; Jones, C.; Juhas, P.; Kafri, D.; Khattar, T.; Khezri, M.; Kieferova, M.; Kim, S.; Klimov, P. V.; Klots, A. R.; Korotkov, A. N.; Kostritsa, F.; Kreikebaum, J. M.; Landhuis, D.; Laptev, P.; Lau, K. -M.; Laws, L.; Lee, J.; Lee, K.; Lester, B. J.; Lill, A. T.; Liu, W.; Livingston, W. P.; Locharla, A.; Malone, F. D.; Mandra, S.; Martin, O.; Martin, S.; McClean, J. R.; McCourt, T.; McEwen, M.; Mi, X.; Mieszala, A.; Miao, K. C.; Mohseni, M.; Montazeri, S.; Morvan, A.; Movassagh, R.; Mruczkiewicz, W.; Naaman, O.; Neeley, M.; Neill, C.; Nersisyan, A.; Newman, M.; Ng, J. H.; Nguyen, A.; Nguyen, M.; Niu, M. Y.; Omonije, S.; Opremcak, A.; Petukhov, A.; Potter, R.; Pryadko, L. P.; Quintana, C.; Rocque, C.; Roushan, P.; Saei, N.; Sank, D.; Sankaragomathi, K.; Satzinger, K. J.; Schurkus, H. F.; Schuster, C.; Shearn, M. J.; Shorter, A.; Shutty, N.; Shvarts, V.; Skruzny, J.; Smith, W. C.; Somma, R. D.; Sterling, G.; Strain, D.; Szalay, M.; Thor, D.; Torres, A.; Vidal, G.; Villalonga, B.; Heidweiller, C. Vollgraff; White, T.; Woo, B. W. K.; Xing, C.; Yao, Z. J.; Yeh, P.; Yoo, J.; Young, G.; Zalcman, A.; Zhang, Y.; Zhu, N.; Zobrist, N.; Bacon, D.; Boixo, S.; Chen, Y.; Hilton, J.; Kelly, J.; Lucero, E.; Megrant, A.; Neven, H.; Smelyanskiy, V.; Gogolin, C.; Babbush, R.; Rubin, N. C.

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