Letter 量子情報科学：超伝導回路による3キュービット量子誤り訂正の実現 2012年2月16日 Nature 482, 7385 doi: 10.1038/nature10786 量子コンピューターは特定の問題を古典コンピューターよりも指数関数的に速く解くのに使える可能性があるが、誤りに対する感受性が高まるため、その構築は難しい問題である。しかし、量子誤り訂正符号を使えば、コヒーレンスを破壊することなく誤りを検出・訂正することができる。最も単純な訂正符号は、3量子ビット（3キュービット）である。これは1キュービット状態をもつれ合った3キュービット状態へ写像するもので、使う符号に応じて、3つのキュービットのうちの1つに対する単一の位相反転誤り、あるいはビット反転誤りはどんなものでも訂正できる。本論文では、 超伝導回路でそのような位相及びビット反転誤りに対する誤り訂正符号を実証する。まず量子状態を符号化し、そのキュービットに誤りを発生させ、その符号化過程を逆転することによってエラーシンドローム（どの誤りが生じたかを示す量子状態）を復号する。次に、このシンドロームは、3キュービットのゲートに入力され、元のキュービットが反転していればそれを訂正するのに用いられる。この符号はどのキュービットに起きる単一の誤りでも回復できるため、この過程の忠実度は誤り率の2乗でしか低下しない。単一キュービットの第3励起状態との相互作用を使って、3キュービットゲート（制御–制御NOT、あるい はトフォリゲートとして知られる)による訂正は63ナノ秒で実行された。このゲートに予測される古典作用に対しては85±1パーセントの忠実度、そして理想的な量子プロセス行列に対して78±1パーセントの忠実度が見いだされた。このゲートを一度通すことにより、量子ビットおよび位相反転の誤り訂正をそれぞれ行い、誤り率への一次の感度がないという予測が実証された。9キュービットデバイスでこれら2つの符号を連結すれば、任意の単一キュービットの誤りの訂正が可能になるだろう。今回の結果は、超伝導キュービットのコヒーレンス時間に関する最近の進展と合わせれば、スケーラブルな量子技術につながるものと思われる。 Full Text PDF 目次へ戻る
