Google Quantum AI 为通用逻辑电路引入虚拟误差消除技术

Google Quantum AI 为通用逻辑电路引入虚拟误差消除技术 — Quantum Computing Report

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Oct 13, 2026 at 3:08 AM UTC · 3 分钟阅读

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Google Quantum AI 研究人员推出了虚拟错误消除 (Virtual Error Cancellation, VEC)，这是一种经典的后处理协议，可在不修改物理执行或运行单独校准程序的情况下，消除容错量子电路中的残留逻辑错误。

通过利用来自稳定子测量的记录校正子数据，并将快速实时硬件解码器与高精度离线参考解码器配对，VEC 在软件中对实验结果重新加权，将逻辑错误率抑制了三个数量级以上。

在采用表面码的容错架构中，实时解码器（例如最小权重完美匹配）必须在微秒截止时间内评估校正子，以执行 Pauli 框架前馈。然而，离线后处理可以运行高复杂度的解码器（例如张量网络最大似然），而不受硬件延迟限制。VEC 不是通过后选择丢弃不一致的实验（这会引入系统偏差并浪费量子处理器的运行时间），而是为实验分配带符号的过滤器权重：

1. 共识实验 (Consensus Shots)： 两个解码器一致的实验将获得大于 1 的正权重。
2. 分歧实验 (Disagreement Shots)： 解码器不一致的实验将根据方向故障（X, Y, 或 Z）获得负权重。

当对所有实验取平均值时，负权重在数学上抵消了共识部分在任意可观测值上的残留逻辑 Pauli 错误底噪。

[ 错误抑制与采样开销基准 (d = 7 表面码) ]
缓解方法	残留逻辑错误率 (p = 0.005)	采样开销因子 (η)
• 未缓解 (MWPM 实时)	• ~1.32 × 10^-6 (基准)	• 基准 (η = 1.0)
• 校正子后选择	• ~1.63 × 10^-7 (~8 倍减少)	• 指数级实验损失
• 标准逻辑 PEC	• 0 (无偏)	• η ≈ 4.0
• Google VEC (双解码器)	• < 7.95 × 10^-10 (> 1,600 倍抑制)	• η → 1.0 (在 d = 7 时趋于 1.3)

对物理错误率为 p = 0.005 的距离为 7 的旋转表面码进行的数值码容量模拟表明，相对于未缓解的解码，VEC 将残留逻辑错误减少了 1,600 倍以上，相对于一致性后选择减少了 200 倍以上。此外，虽然标准逻辑概率错误抵消 (Probabilistic Error Cancellation, PEC) 的开销缩放指数为 η ≈ 4，但 VEC 的双解码器架构在距离为 7 时实现了 η ≈ 1.3，并随着码距离的增加在渐近线上趋于 η → 1。

潜在的噪声参数通过 Walsh-Hadamard 校正子保真度线性反演直接从记录的稳定子校正子中提取，无需专门的噪声表征电路或物理门干预。这一基础设施补充了最近的容错软件突破，包括 Xanadu 用于 QROM 算法执行的稠密编码缩减以及萨斯喀彻温大学的高效双曲表面码。

[ 关键错误缓解与解码参数 ]
参数	名称	定义与操作含义
• d	• 码距离	• 扰乱逻辑量子位所需的最小物理错误数量（例如，d = 7 表面码）。
• 实时解码器	• 低延迟硬件解码器	• 在量子电路执行期间在微秒反馈回路内运行的快速解码软件。
• 离线解码器	• 高精度参考解码器	• 在经典计算机上运行的复杂张量网络或最大似然解码软件。
• VEC 过滤器权重	• 基于校正子的实验权重	• 在经典后处理期间应用于每个测量实验的带符号乘数，以抵消逻辑错误偏差。
• η	• 采样开销因子	• 衡量消除逻辑错误所需的实验计数增长速度。值越低代表效率越高。