Scaling and logic in the colour code on a superconducting quantum processor

缩放比例 超导电性 物理 量子 编码(集合论) 计算机科学 量子力学 程序设计语言 数学 几何学 集合(抽象数据类型)
作者
Nathan Lacroix,Alexandre Bourassa,Francisco J. H. Heras,L. M. Zhang,Johannes Bausch,Andrew Senior,Thomas Edlich,Noah Shutty,Volodymyr Sivak,Andreas Bengtsson,Matt McEwen,Oscar Higgott,Dvir Kafri,Jahan Claes,Alexis Morvan,Z. Chen,Adam Zalcman,Sid Madhuk,R. Acharya,Laleh Aghababaie Beni
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:645 (8081): 614-619 被引量:100
标识
DOI:10.1038/s41586-025-09061-4
摘要

Quantum error correction [1–4] is essential for bridging the gap between the error rates of physical devices and the extremely low error rates required for quantum algorithms. Recent error-correction demonstrations on superconducting processors [5–8] have focused primarily on the surface code [9], which offers a high error threshold but poses limitations for logical operations. The color code [10] enables more efficient logic, but it requires more complex stabilizer measurements and decoding. Measuring these stabilizers in planar architectures like superconducting qubits is challenging, and realizations of color codes [11–19] have not addressed performance scaling with code size on any platform. Here, we present a comprehensive demonstration of the color code on a superconducting processor [8]. Scaling the code distance from three to five suppresses logical errors by a factor of Λ 3/5 = 1.56(4). Simulations indicate this performance is below the threshold of the color code, and the color code may become more efficient than the surface code following modest device improvements. We test transversal Clifford gates with logical randomized benchmarking [20] and inject magic states [21], a key resource for universal computation, achieving fidelities exceeding 99 % with post-selection. Finally, we teleport logical states between color codes using lattice surgery [22]. This work establishes the color code as a compelling research direction to realize fault-tolerant quantum computation on superconducting processors in the near future.
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