The typical model for measurement noise in quantum error correction is to randomly flip the binary measurement outcome. In experiments, measurements yield much richer information - e.g., continuous current values, discrete photon counts - which is then mapped into binary outcomes by discarding some of this information. In this work, we consider methods to incorporate all of this richer information, typically called soft information, into the decoding of quantum error correction codes, and in particular the surface code. We describe how to modify both the Minimum Weight Perfect Matching and Union-Find decoders to leverage soft information, and demonstrate these soft decoders outperform the standard (hard) decoders that can only access the binary measurement outcomes. Moreover, we observe that the soft decoder achieves a threshold 25\% higher than any hard decoder for phenomenological noise with Gaussian soft measurement outcomes. We also introduce a soft measurement error model with amplitude damping, in which measurement time leads to a trade-off between measurement resolution and additional disturbance of the qubits. Under this model we observe that the performance of the surface code is very sensitive to the choice of the measurement time - for a distance-19 surface code, a five-fold increase in measurement time can lead to a thousand-fold increase in logical error rate. Moreover, the measurement time that minimizes the physical error rate is distinct from the one that minimizes the logical performance, pointing to the benefits of jointly optimizing the physical and quantum error correction layers.


翻译:量子错误校正中测量噪音的典型模式是随机翻转二进制测量结果。 在实验中, 测量产生的信息要丰富得多, 例如连续的当前值, 离散光子计数, 然后通过丢弃其中的一些信息绘制成二进制结果。 在这项工作中, 我们考虑将所有这些更丰富的信息, 通常称为软信息 纳入量子错误校正代码的解码中的方法, 特别是表面代码。 我们描述如何修改最小重完美匹配和联盟- Find 解码器, 以利用软信息, 并演示这些软解码器比标准( 硬) 解码器( 硬) 强得多 。 此外, 我们观察到, 软解码比任何硬解码加高斯软度测量结果的分解码都高出25 ⁇ 。 我们还采用了一个软度测量错误模型, 其中测量时间导致在测量分辨率解析和量额外扰动之间发生交换, 并且在这个模型中, 我们观察到, 最短的( 硬) 物理解码的(硬度) 度) 度值值值值值测量速度比值比值的值比值比值比值比值的比值比值要高。

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