from collections.abc import Collection
from copy import deepcopy
from ...log_gates.small_stellated_dodecahedron_code import (
set_fold_trans_h,
set_fold_trans_s,
set_fold_trans_swap_a,
set_fold_trans_swap_b,
set_fold_trans_swap_c,
set_fold_trans_swap_r,
set_fold_trans_swap_s,
set_idle,
)
from ..layout import Layout
[docs]
def ssd_code(
interaction_order: str | dict[str, Collection[str]] = "parallel-6",
define_trans_gates: bool = True,
) -> Layout:
"""Returns a layout for the Small Stellated Dodecahedron code.
Parameters
----------
interaction_order
Name of the CNOT interaction order to perform in the QEC cycle.
By default 'parallel-6'. The list of names can be found in
``INTERACTION_ORDERS``. It is possible to give directly the
interaction order dictionary.
define_trans_gates
Flag for loading the parameters needed to run the transversal gates.
By default ``True``.
Returns
-------
layout
Layout of the SSD code.
Notes
-----
The qubit indexing and stabilizers follow:
J. Q. Broshuis, "The Small Stellated Dodecahedron Code: Finding Interleaved
Measurement Schedules", Bachelor's thesis.
https://repository.tudelft.nl/record/uuid:4e6852c1-b18d-4b6b-8cc4-dc4587bff260
Note that the stabilizers also follow:
J. Conrad, C. Chamberland, N. P. Breuckmann, and B. M. Terhal,
"The small stellated dodecahedron code and friends", Philosophical
Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering
Sciences 376, 20170323 (2018) arXiv:1712.07666 DOI
The logicals correspond to the basis of subspaces V + W from:
N. P. Breuckmann and S. Burton, "Fold-Transversal Clifford Gates for Quantum Codes",
Quantum 8, 1372 (2024) arXiv:2202.06647 DOI
where the basis of the subspace W has been modified to make it symplectic.
Note that the stabilizer definition of Breuckmann is the same of Conrad
except for a change in the stabilizer type (``X <-> Z``), thus the logicals
have also been modified accordingly.
The logical qubits ``"L1"`` to ``"L4"`` correspond to the logical subspace V
and they have transversal gates that span the full 4-qubit Clifford group.
"""
layout_dict = deepcopy(SSD_LAYOUT_DICT)
if isinstance(interaction_order, str):
if interaction_order not in INTERACTION_ORDERS:
raise ValueError(
f"'interaction_order' must be in {list(INTERACTION_ORDERS)}, "
"but {interaction_order} was given."
)
layout_dict["interaction_order"] = INTERACTION_ORDERS[interaction_order]
elif isinstance(interaction_order, dict):
layout_dict["interaction_order"] = interaction_order
else:
raise TypeError(
"'interaction_order' must be a str or a dict, "
f"but {type(interaction_order)} was given."
)
layout = Layout(layout_dict)
if define_trans_gates:
set_fold_trans_s(layout)
set_fold_trans_h(layout)
set_fold_trans_swap_r(layout)
set_fold_trans_swap_s(layout)
set_fold_trans_swap_a(layout)
set_fold_trans_swap_b(layout)
set_fold_trans_swap_c(layout)
set_idle(layout)
return layout
INTERACTION_ORDERS = {
"parallel-6": {
"X1": ["D20", "D9", "D6", "D21", "D19", None],
"X2": ["D10", "D22", "D4", "D1", "D13", None],
"X3": ["D9", "D14", "D23", "D7", "D17", None],
"X4": ["D13", "D11", "D20", "D18", "D24", None],
"X5": ["D17", "D1", "D15", "D3", "D25", None],
"X6": ["D4", "D18", "D27", "D30", "D2", None],
"X7": ["D3", "D26", "D5", None, "D28", "D7"],
"X8": ["D8", "D6", "D11", None, "D29", "D27"],
"X9": ["D30", "D15", "D12", "D28", "D10", None],
"X10": ["D26", "D19", "D29", "D16", "D14", None],
"X11": ["D24", "D23", "D21", "D25", None, "D22"],
"X12": ["D16", "D12", "D2", "D5", "D8", None],
"Z1": ["D1", "D4", "D3", None, "D5", "D2"],
"Z2": ["D5", None, "D9", "D8", "D7", "D6"],
"Z3": ["D12", "D8", "D10", "D11", None, "D13"],
"Z4": ["D14", "D17", "D16", "D12", "D15", None],
"Z5": ["D18", "D20", None, "D2", "D16", "D19"],
"Z6": ["D21", "D3", "D25", "D19", "D26", None],
"Z7": ["D6", "D21", "D22", "D4", "D27", None],
"Z8": ["D23", "D28", "D7", "D10", "D22", None],
"Z9": ["D11", "D29", "D24", "D14", "D23", None],
"Z10": [None, "D24", "D18", "D15", "D30", "D25"],
"Z11": ["D27", "D30", "D26", "D29", None, "D28"],
"Z12": [None, "D13", "D1", "D20", "D9", "D17"],
}
}
SSD_LAYOUT_DICT = {
"code": "small_stellated_dodecahedron_code",
"name": "Small stellated dodecahedron code (SSD)",
"logical_qubits": {
"L1": {
"ind": 0,
"log_x": ["D23", "D4", "D5", "D6", "D28", "D29"],
"log_z": ["D21", "D23", "D27", "D9", "D11", "D18"],
},
"L2": {
"ind": 1,
"log_x": ["D23", "D18", "D25", "D28", "D29", "D19"],
"log_z": ["D21", "D23", "D26", "D5", "D9", "D16"],
},
"L3": {
"ind": 2,
"log_x": [
"D12",
"D19",
"D23",
"D4",
"D6",
"D5",
"D17",
"D25",
"D13",
"D28",
"D29",
"D18",
],
"log_z": [
"D7",
"D17",
"D24",
"D21",
"D27",
"D22",
"D2",
"D3",
"D13",
"D30",
"D12",
"D9",
"D16",
"D11",
"D6",
"D29",
"D19",
"D23",
"D26",
"D5",
"D18",
],
},
"L4": {
"ind": 3,
"log_x": [
"D7",
"D15",
"D24",
"D25",
"D28",
"D21",
"D27",
"D4",
"D2",
"D14",
"D20",
"D1",
"D6",
"D29",
"D19",
"D8",
"D23",
"D26",
"D10",
"D5",
"D18",
],
"log_z": [
"D12",
"D7",
"D19",
"D15",
"D22",
"D10",
"D1",
"D17",
"D24",
"D2",
"D3",
"D6",
"D13",
"D29",
"D30",
],
},
"L5": {
"ind": 4,
"log_x": ["D20", "D15", "D1", "D24", "D2", "D14"],
"log_z": ["D12", "D7", "D17", "D2", "D3", "D30"],
},
"L6": {
"ind": 5,
"log_x": ["D20", "D7", "D10", "D1", "D2", "D8"],
"log_z": ["D12", "D22", "D24", "D2", "D13", "D30"],
},
"L7": {
"ind": 6,
"log_x": [
"D21",
"D20",
"D7",
"D27",
"D15",
"D26",
"D10",
"D1",
"D24",
"D2",
"D14",
"D8",
],
"log_z": [
"D7",
"D15",
"D17",
"D24",
"D21",
"D27",
"D22",
"D2",
"D3",
"D13",
"D30",
"D12",
"D1",
"D9",
"D16",
"D11",
"D23",
"D26",
"D10",
"D5",
"D18",
],
},
"L8": {
"ind": 7,
"log_x": [
"D7",
"D15",
"D17",
"D24",
"D25",
"D28",
"D4",
"D2",
"D14",
"D13",
"D12",
"D20",
"D1",
"D6",
"D29",
"D19",
"D8",
"D23",
"D10",
"D5",
"D18",
],
"log_z": [
"D21",
"D19",
"D23",
"D27",
"D15",
"D26",
"D10",
"D5",
"D1",
"D9",
"D16",
"D11",
"D6",
"D29",
"D18",
],
},
},
"distance": 3,
"distance_x": 3,
"distance_z": 3,
"interaction_order": {},
"layout": [
{
"qubit": "D1",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 12,
"neighbors": {"XA": "X2", "XB": "X5", "ZA": "Z1", "ZB": "Z12"},
"coords": [-0.0025, -9.975],
},
{
"qubit": "D2",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 13,
"neighbors": {"XA": "X6", "XB": "X12", "ZA": "Z1", "ZB": "Z5"},
"coords": [-6.0175, -8.28],
},
{
"qubit": "D3",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 14,
"neighbors": {"XA": "X5", "XB": "X7", "ZA": "Z1", "ZB": "Z6"},
"coords": [-2.3925, -6.2725],
},
{
"qubit": "D4",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 15,
"neighbors": {"XA": "X2", "XB": "X6", "ZA": "Z1", "ZB": "Z7"},
"coords": [2.3925, -6.2725],
},
{
"qubit": "D5",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 16,
"neighbors": {"XA": "X7", "XB": "X12", "ZA": "Z1", "ZB": "Z2"},
"coords": [6.015, -8.28],
},
{
"qubit": "D6",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 17,
"neighbors": {"XA": "X1", "XB": "X8", "ZA": "Z2", "ZB": "Z7"},
"coords": [5.225, -4.215],
},
{
"qubit": "D7",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 18,
"neighbors": {"XA": "X3", "XB": "X7", "ZA": "Z2", "ZB": "Z8"},
"coords": [6.7025, 0.335],
},
{
"qubit": "D8",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 19,
"neighbors": {"XA": "X8", "XB": "X12", "ZA": "Z2", "ZB": "Z3"},
"coords": [9.7325, 3.1625],
},
{
"qubit": "D9",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 20,
"neighbors": {"XA": "X1", "XB": "X3", "ZA": "Z2", "ZB": "Z12"},
"coords": [9.485, -3.0825],
},
{
"qubit": "D10",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 21,
"neighbors": {"XA": "X2", "XB": "X9", "ZA": "Z3", "ZB": "Z8"},
"coords": [5.62, 3.67],
},
{
"qubit": "D11",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 22,
"neighbors": {"XA": "X4", "XB": "X8", "ZA": "Z3", "ZB": "Z9"},
"coords": [1.75, 6.4825],
},
{
"qubit": "D12",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 23,
"neighbors": {"XA": "X9", "XB": "X12", "ZA": "Z3", "ZB": "Z4"},
"coords": [0.0, 10.235],
},
{
"qubit": "D13",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 24,
"neighbors": {"XA": "X2", "XB": "X4", "ZA": "Z3", "ZB": "Z12"},
"coords": [5.8625, 8.07],
},
{
"qubit": "D14",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 25,
"neighbors": {"XA": "X3", "XB": "X10", "ZA": "Z4", "ZB": "Z9"},
"coords": [-1.75, 6.4825],
},
{
"qubit": "D15",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 26,
"neighbors": {"XA": "X5", "XB": "X9", "ZA": "Z4", "ZB": "Z10"},
"coords": [-5.62, 3.67],
},
{
"qubit": "D16",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 27,
"neighbors": {"XA": "X10", "XB": "X12", "ZA": "Z4", "ZB": "Z5"},
"coords": [-9.7325, 3.1625],
},
{
"qubit": "D17",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 28,
"neighbors": {"XA": "X3", "XB": "X5", "ZA": "Z4", "ZB": "Z12"},
"coords": [-5.8625, 8.07],
},
{
"qubit": "D18",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 29,
"neighbors": {"XA": "X4", "XB": "X6", "ZA": "Z5", "ZB": "Z10"},
"coords": [-6.705, 0.3375],
},
{
"qubit": "D19",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 30,
"neighbors": {"XA": "X1", "XB": "X10", "ZA": "Z5", "ZB": "Z6"},
"coords": [-5.2275, -4.2125],
},
{
"qubit": "D20",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 31,
"neighbors": {"XA": "X1", "XB": "X4", "ZA": "Z5", "ZB": "Z12"},
"coords": [-9.4875, -3.0825],
},
{
"qubit": "D21",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 32,
"neighbors": {"XA": "X1", "XB": "X11", "ZA": "Z6", "ZB": "Z7"},
"coords": [0.0, -4.265],
},
{
"qubit": "D22",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 33,
"neighbors": {"XA": "X2", "XB": "X11", "ZA": "Z7", "ZB": "Z8"},
"coords": [4.055, -1.32],
},
{
"qubit": "D23",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 34,
"neighbors": {"XA": "X3", "XB": "X11", "ZA": "Z8", "ZB": "Z9"},
"coords": [2.505, 3.4525],
},
{
"qubit": "D24",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 35,
"neighbors": {"XA": "X4", "XB": "X11", "ZA": "Z9", "ZB": "Z10"},
"coords": [-2.505, 3.4525],
},
{
"qubit": "D25",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 36,
"neighbors": {"XA": "X5", "XB": "X11", "ZA": "Z6", "ZB": "Z10"},
"coords": [-4.0575, -1.3175],
},
{
"qubit": "D26",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 37,
"neighbors": {"XA": "X7", "XB": "X10", "ZA": "Z6", "ZB": "Z11"},
"coords": [-1.1225, -1.6825],
},
{
"qubit": "D27",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 38,
"neighbors": {"XA": "X6", "XB": "X8", "ZA": "Z7", "ZB": "Z11"},
"coords": [1.2225, -1.6825],
},
{
"qubit": "D28",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 39,
"neighbors": {"XA": "X7", "XB": "X9", "ZA": "Z8", "ZB": "Z11"},
"coords": [1.9775, 0.6425],
},
{
"qubit": "D29",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 40,
"neighbors": {"XA": "X8", "XB": "X10", "ZA": "Z9", "ZB": "Z11"},
"coords": [0.0, 2.08],
},
{
"qubit": "D30",
"role": "data",
"stab_type": None,
"ind": 41,
"neighbors": {"XA": "X6", "XB": "X9", "ZA": "Z10", "ZB": "Z11"},
"coords": [-1.9775, 0.6425],
},
{
"qubit": "X1",
"role": "anc",
"stab_type": "x_type",
"ind": 42,
"neighbors": {
"DA": "D6",
"DB": "D9",
"DC": "D19",
"DD": "D20",
"DE": "D21",
},
"coords": [0.25, -7.566],
},
{
"qubit": "X2",
"role": "anc",
"stab_type": "x_type",
"ind": 43,
"neighbors": {
"DA": "D1",
"DB": "D4",
"DC": "D10",
"DD": "D13",
"DE": "D22",
},
"coords": [7.682, -2.166],
},
{
"qubit": "X3",
"role": "anc",
"stab_type": "x_type",
"ind": 44,
"neighbors": {
"DA": "D7",
"DB": "D9",
"DC": "D14",
"DD": "D17",
"DE": "D23",
},
"coords": [4.843, 6.574],
},
{
"qubit": "X4",
"role": "anc",
"stab_type": "x_type",
"ind": 45,
"neighbors": {
"DA": "D11",
"DB": "D13",
"DC": "D18",
"DD": "D20",
"DE": "D24",
},
"coords": [-4.343, 6.574],
},
{
"qubit": "X5",
"role": "anc",
"stab_type": "x_type",
"ind": 46,
"neighbors": {
"DA": "D1",
"DB": "D3",
"DC": "D15",
"DD": "D17",
"DE": "D25",
},
"coords": [-7.182, -2.166],
},
{
"qubit": "X6",
"role": "anc",
"stab_type": "x_type",
"ind": 47,
"neighbors": {
"DA": "D2",
"DB": "D4",
"DC": "D18",
"DD": "D27",
"DE": "D30",
},
"coords": [-2.33, -3.3],
},
{
"qubit": "X7",
"role": "anc",
"stab_type": "x_type",
"ind": 48,
"neighbors": {"DA": "D3", "DB": "D5", "DC": "D7", "DD": "D26", "DE": "D28"},
"coords": [2.83, -3.3],
},
{
"qubit": "X8",
"role": "anc",
"stab_type": "x_type",
"ind": 49,
"neighbors": {
"DA": "D6",
"DB": "D8",
"DC": "D11",
"DD": "D27",
"DE": "D29",
},
"coords": [4.423, 1.606],
},
{
"qubit": "X9",
"role": "anc",
"stab_type": "x_type",
"ind": 50,
"neighbors": {
"DA": "D10",
"DB": "D12",
"DC": "D15",
"DD": "D28",
"DE": "D30",
},
"coords": [0.25, 4.64],
},
{
"qubit": "X10",
"role": "anc",
"stab_type": "x_type",
"ind": 51,
"neighbors": {
"DA": "D14",
"DB": "D16",
"DC": "D19",
"DD": "D26",
"DE": "D29",
},
"coords": [-3.923, 1.606],
},
{
"qubit": "X11",
"role": "anc",
"stab_type": "x_type",
"ind": 52,
"neighbors": {
"DA": "D21",
"DB": "D22",
"DC": "D23",
"DD": "D24",
"DE": "D25",
},
"coords": [0.5, 0.0],
},
{
"qubit": "X12",
"role": "anc",
"stab_type": "x_type",
"ind": 53,
"neighbors": {"DA": "D2", "DB": "D5", "DC": "D8", "DD": "D12", "DE": "D16"},
"coords": [0.0, 0.5],
},
{
"qubit": "Z1",
"role": "anc",
"stab_type": "z_type",
"ind": 0,
"neighbors": {"DA": "D1", "DB": "D2", "DC": "D3", "DD": "D4", "DE": "D5"},
"coords": [-0.25, -8.066],
},
{
"qubit": "Z2",
"role": "anc",
"stab_type": "z_type",
"ind": 1,
"neighbors": {"DA": "D5", "DB": "D6", "DC": "D7", "DD": "D8", "DE": "D9"},
"coords": [7.182, -2.666],
},
{
"qubit": "Z3",
"role": "anc",
"stab_type": "z_type",
"ind": 2,
"neighbors": {
"DA": "D8",
"DB": "D10",
"DC": "D11",
"DD": "D12",
"DE": "D13",
},
"coords": [4.343, 6.074],
},
{
"qubit": "Z4",
"role": "anc",
"stab_type": "z_type",
"ind": 3,
"neighbors": {
"DA": "D12",
"DB": "D14",
"DC": "D15",
"DD": "D16",
"DE": "D17",
},
"coords": [-4.843, 6.074],
},
{
"qubit": "Z5",
"role": "anc",
"stab_type": "z_type",
"ind": 4,
"neighbors": {
"DA": "D2",
"DB": "D16",
"DC": "D18",
"DD": "D19",
"DE": "D20",
},
"coords": [-7.682, -2.666],
},
{
"qubit": "Z6",
"role": "anc",
"stab_type": "z_type",
"ind": 5,
"neighbors": {
"DA": "D3",
"DB": "D19",
"DC": "D21",
"DD": "D25",
"DE": "D26",
},
"coords": [-2.83, -3.8],
},
{
"qubit": "Z7",
"role": "anc",
"stab_type": "z_type",
"ind": 6,
"neighbors": {
"DA": "D4",
"DB": "D6",
"DC": "D21",
"DD": "D22",
"DE": "D27",
},
"coords": [2.33, -3.8],
},
{
"qubit": "Z8",
"role": "anc",
"stab_type": "z_type",
"ind": 7,
"neighbors": {
"DA": "D7",
"DB": "D10",
"DC": "D22",
"DD": "D23",
"DE": "D28",
},
"coords": [3.923, 1.106],
},
{
"qubit": "Z9",
"role": "anc",
"stab_type": "z_type",
"ind": 8,
"neighbors": {
"DA": "D11",
"DB": "D14",
"DC": "D23",
"DD": "D24",
"DE": "D29",
},
"coords": [-0.25, 4.14],
},
{
"qubit": "Z10",
"role": "anc",
"stab_type": "z_type",
"ind": 9,
"neighbors": {
"DA": "D15",
"DB": "D18",
"DC": "D24",
"DD": "D25",
"DE": "D30",
},
"coords": [-4.423, 1.106],
},
{
"qubit": "Z11",
"role": "anc",
"stab_type": "z_type",
"ind": 10,
"neighbors": {
"DA": "D26",
"DB": "D27",
"DC": "D28",
"DD": "D29",
"DE": "D30",
},
"coords": [0.0, -0.5],
},
{
"qubit": "Z12",
"role": "anc",
"stab_type": "z_type",
"ind": 11,
"neighbors": {
"DA": "D1",
"DB": "D9",
"DC": "D13",
"DD": "D17",
"DE": "D20",
},
"coords": [-0.5, 0.0],
},
],
}
