在当前超导量子计算体系中常用的transmon量子比特，由于能级非谐性较小，能量容易泄漏出计算子空间进入高能级。这种泄漏会增加系统的熵，因为它破坏了量子纠错中测量结果和所发生的错误之间的对应关系，从而减小了纠错码的码距，或降低容错阈值。更糟的是这种泄漏可以持续多个纠错周期，造成相干的错误传播。单纯通过降低泄漏的弛豫时间可以减少其持续时长，但同时也会增大物理错误率。泄漏减少单元（leakage-reduction unit, LRU）和测量后选是更优的解决方案，前者把泄漏转化为通常的Pauli错误，后者测到泄漏就把结果丢弃，但只有前者可扩展。传统的swap-LRU是在每个纠错周期结束时把数据和辅助比特交换，从而可以用辅助比特的测量和重置来减少所有比特的泄漏。

近日，代尔夫特大学的研究人员提出了优化的LRU方案，对数据和辅助比特采用不同的LRU技术，分别是res-LRU和π-LRU。每个比特不需要像swap-LRU那样每两周期才重置一次，而是每周期都可以做减少泄漏的操作。res-LRU通过优化参数的驱动脉冲，把数据比特的非计算空间|2>态上的布居交换到腔光子态，再从腔快速衰减；π-LRU则根据每周期辅助比特的测量结果反馈加一个条件π脉冲把|2>态驱动回|1>态。res-LRU对退相干影响可忽略，还可用于带可调耦合器的结构，以及高非谐性的量子比特。研究人员在Surface-17表面码上进行了新LRU方案的模拟，发现无论是基于密度矩阵的上限(UB)解码器，还是基于图的最小权重完美匹配(MWPM)解码器，综合两种LRU都能达到最低的逻辑错误率。

该工作展示了如何采用有限硬件资源实现更加高效的LRU优化方案，提高有泄漏条件下的容错阈值，为实验演示量子纠错打下了基础，采用考虑泄漏的解码器还可能进一步降低逻辑编码错误。

论文信息：https://arxiv.org/abs/2102.08336v1