IBM发布了Qiskit生态系统的新插件Qiskit Paulice，旨在通过在电路执行期间检测错误，并筛除可能受到错误影响的结果，提升量子电路的可靠性。该工具采用名为“时空Pauli检查”（spacetime Pauli checks）的量子检查，将其直接嵌入电路，同时仅对硬件和执行要求增加有限负担。
该插件属于当前量子计算机错误处理方法开发工作的一部分。目前，完全容错的量子计算仍需要复杂硬件和大量量子比特。IBM表示，当前正在开发的错误处理技术将有助于实现大规模、容错的量子计算，即在计算过程中纠正错误，并计划在2029年前实现这一目标。
Paulice如何工作？
量子错误处理方法通常分为三类：抑制错误、缓解错误影响和纠正错误。错误检测并不是一个独立类别，而是错误纠正和某些错误缓解方法的基本组成部分，因为它用于确认某次电路执行是否受到错误影响。
在传统方法中，数据量子比特用于执行计算，同时使用称为ancilla的辅助量子比特监测其他量子比特并捕捉错误迹象。但引入这些量子比特及其相关操作，可能会使电路深度增加到一定程度，导致额外操作产生的错误多于其检测出的错误。Paulice旨在通过将经过选择的检查放入电路本身来解决这一难题。
每项Pauli检查都表示一个应在电路执行期间保持不变的约束。当错误导致该约束被破坏时，这会显示在测量“综合征”中。综合征是一串表示检测到错误的比特。如果综合征由全零组成，则未检测到错误；而任何值为1的项，都表示根据所使用的检查存在错误。
考虑空间和时间的检查
时空检查与传统检查的不同之处在于，它们不仅根据硬件空间中存在的量子比特确定约束，还会在电路执行过程中的特定时间位置设置约束。这样可以在计算的较大区域内监测错误，同时避免测量高权重算符所带来的一部分成本；尤其是在量子比特之间连接受限的设备上，这类测量可能增加电路深度。
并非所有检查都同样有用，因为每项检查都会增加可能产生额外噪声的操作。因此，qiskit-paulice软件包使用噪声模型和设备连接限制，选择有效、低权重且能够高效检测错误的检查。IBM表示，这一自动化过程有助于在限制量子比特成本和电路深度的同时，提高检测能力。
实际使用能够实现什么？
电路运行后，可以通过不同方式使用综合征信息。最简单的方法是保留未检测到错误的执行结果，并丢弃出现错误迹象的执行结果；这一过程将Paulice转化为一种后选择错误纠正（postselected error correction）。还可以将综合征信息与其他错误缓解或错误纠正方法结合使用。
该工具尤其支持Clifford电路和以此类电路为主的电路，例如由Hadamard、Phase和CNOT门构成的电路。这些电路的特点是其行为在数学上易于理解，并且可以在传统计算机上高效模拟，因此适合开发和测试错误处理方法。
该插件包含一条教学路径，用于构建一个包含12个量子比特和四层纠缠门的Clifford电路，然后根据设备连接确定数据量子比特和辅助量子比特，并根据平台数据创建噪声模型。在材料所示的示例中，该工具向电路添加了七项检查。后续教程介绍如何运行经过检查的电路、进行采样、检查综合征、选择无错误样本，以及比较错误检测前后的结果准确率。
可用性与后续开发
Qiskit Paulice的文档和教程，以及用于下载该开源插件的GitHub代码库，均已提供。IBM表示，团队计划增加对非Clifford系统的支持，分析后选择过程中的噪声通道，并改进在选择检查时对空闲噪声的处理。文章还提到，IBM与芝加哥大学的一项实验中使用了时空检查的相关概念，该实验与大规模随机图状态采样有关。