基于可重构原子阵列的逻辑量子处理器

抑制错误是实用量子计算的核心挑战，要求进行大规模处理的量子纠错。然而，实现错误校正的“逻辑”量子比特的开销，即信息在多个物理量子比特之间编码以实现冗余，给大规模逻辑量子计算带来了重大挑战。我们在此报告了一个基于编码逻辑量子比特的可编程量子处理器的实现，该处理器最多操作280个物理量子比特。利用逻辑层级控制和可重构中性原子阵列中的分区架构，我们的系统结合了高两量子比特门保真度、任意连接性以及完全可编程的单量子比特旋转和电路中间读出。通过使用不同类型的编码操作这个逻辑处理器，我们展示了通过将表面码距离从d=3扩展到d=7来改善两量子比特逻辑门、准备具有平衡保真度的颜色代码量子比特、容错创建逻辑GHZ态以及前馈纠缠瞬态，以及操作40个颜色代码量子比特。最后，利用三维[8,3,2]编码块，我们实现了计算复杂的采样电路，最多有48个逻辑量子比特与超立方体连接，具有228个逻辑两量子比特门和48个逻辑CCZ门。我们发现这种逻辑编码显著提高了具有错误检测的算法性能，超越了交叉熵基准测试和快速扰动的量子模拟中的物理量子比特保真度。这些结果预示着早期错误校正量子计算的到来，并为大规模逻辑处理器绘制了一条前进道路。