什麼是表面碼

把量子位元排列在二維格子上,只以相鄰量子位元之間的操作偵測錯誤的量子錯誤更正碼。門檻值高,大約為 1%,與超導量子位元晶片相當契合。碼距為 d 的旋轉型,1 個邏輯量子位元使用 2d² − 1 個物理量子位元。

日文名稱: 表面符号

「表面碼」出現在1領域的2道練習題中(量子電腦硬體等)。

這個名詞所屬的領域: 量子電腦硬體

練習表面碼的題目

碼距為 d 的旋轉型表面碼,1 個邏輯量子位元使用 d² 個資料用物理量子位元,以及 d² − 1 個檢查錯誤的量測用物理量子位元。d = 15 時,1 個邏輯量子位元所需的物理量子位元數量為下列何者?

  1. A29 個
  2. B225 個
  3. C449 個
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正確答案:C. 449 個

資料用為 15² = 225 個,量測用為 225 − 1 = 224 個,合計 2d² − 1 = 449 個。碼距 d 的碼最多可更正 (d − 1)/2 個錯誤,因此 d = 15 可應付最多 7 個錯誤。有估算指出,物理量子位元的錯誤率約為 0.1% 時,要得到實用計算所需的邏輯錯誤率,d 需要約 15~25,1 個邏輯量子位元需要數百到一千數百個物理量子位元。表面碼只需二維格子上相鄰量子位元之間的操作就能運作,因此與超導量子位元晶片相當契合。

設表面碼的邏輯錯誤率 p_L,可用物理錯誤率 p、門檻值 p_th 與碼距 d 近似為 p_L ∝ (p/p_th)^((d+1)/2)。p = 0.1%、p_th = 1% 時,把 d 從 5 加大到 9,邏輯錯誤率的比(d = 5 時的值 ÷ d = 9 時的值)最接近下列何者?

  1. A約 1.8
  2. B約 10
  3. C約 100
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正確答案:C. 約 100

指數 (d+1)/2 在 d = 5 時為 3,在 d = 9 時為 5,因此比值為 (p_th/p) 的平方 = 10² = 100,約 100。物理錯誤率遠低於門檻值時,碼距每增加 2,邏輯錯誤率就降為 p_th/p 分之 1(這裡是十分之一),量子位元越多,錯誤以指數方式減少。反之,若 p 超過門檻值,d 越大錯誤的機會越多,邏輯錯誤率反而變差。表面碼的門檻值會隨錯誤模型而變,大致約為 1%,讓物理錯誤率遠低於門檻值是錯誤更正的前提。

解析中的「表面碼」

出現「表面碼」的題目(2題)

  1. 碼距為 d 的旋轉型表面碼,1 個邏輯量子位元使用 d² 個資料用物理量子位元,以及 d² − 1 個檢查錯誤的量測用物理量子位元。d = 15 時,1 個邏輯量子位元所需的物理量子位元數量為下列何者?
  2. 設表面碼的邏輯錯誤率 p_L,可用物理錯誤率 p、門檻值 p_th 與碼距 d 近似為 p_L ∝ (p/p_th)^((d+1)/2)。p = 0.1%、p_th = 1% 時,把 d 從 5 加大到 9,邏輯錯誤率的比(d = 5 時的值 ÷ d = 9 時的值)最接近下列何者?

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