Lattice Surgery

Lattice Surgery ist eine Methode zur Realisierung logischer Gatter zwischen Qubits, die in topologischen Quantenfehlerkorrekturcodes kodiert sind, insbesondere im Surface Code. Dabei werden Code‑Patches entlang ihrer Randflächen zusammengeführt und wieder getrennt, anstatt direkte transversale Gatter oder Braiding‑Operationen zu verwenden. In der Praxis wird jedes logische Qubit in einem eigenen Patch des Gitters gespeichert. Operationen wie das CNOT‑Gatter werden durch Sequenzen gemeinsamer Randmessungen umgesetzt, bei denen zwei Patches temporär zu einem größeren Code verschmolzen und anschließend wieder getrennt werden. Während dieses gesamten Prozesses bleiben lokale Stabilisatormessungen und aktive Fehlerkorrektur erhalten. Dieser Ansatz bewahrt die zweidimensionale Nächste‑Nachbar‑Konnektivität und reduziert den Overhead für skalierbare, fehlertolerante Quantenarchitekturen erheblich.

Lattice surgery is a method for performing logical gates between qubits encoded in topological quantum error-correcting codes, most notably the surface code, by merging and splitting code patches along their boundaries instead of using direct transversal gates or braiding. In practice, each logical qubit is stored on its own patch of the lattice, and operations like CNOT are implemented via sequences of joint boundary measurements that temporarily fuse two patches into a larger code and then separate them again, all while maintaining local stabilizer measurements and active error correction; this approach preserves 2D nearest-neighbour connectivity and significantly reduces overhead for scalable fault-tolerant architectures.