量子物理学：固体スピンによるユニバーサル幾何学的量子ゲートの実験的実現

量子論理ゲートのユニバーサルセットを実験的に実現することは、量子コンピューターを実現する上で中心となる必要条件である。「全幾何学的な」量子計算では、ヒルベルト空間における量子状態の幾何学的変換により、量子ゲートはベリー位相とそれらの非アーベル拡大、すなわちホロノミーを使って実行される。その基本的な興味や豊かな数学的構造とは別に、この幾何学的方法にはいくつかの雑音回復特性が組み込まれている。実験では、幾何学的位相とホロノミーは、核磁気共鳴を使って液体分子の熱集団において観測されている。しかし、このような系は量子計算の目的に対してはスケーラブルでないことが分かっている。捕獲イオン、超伝導量子ビット、量子ドットなどのスケーラブルな実験プラットフォームにおいて幾何学的量子計算を行う提案がなされており、最近の実験により超伝導系において幾何学的単一ビットゲートが実現されている。本論文では、ダイヤモンド窒素空孔中心の固体スピンを使って、幾何学的量子ゲートのユニバーサルセットを実現した結果を報告する。このダイヤモンド欠陥から、近年大きな注目を集める室温での量子計算を可能とする、スケーラブルな実験プラットフォームが得られる。今回の実験結果は、全幾何学的で潜在的にロバストな量子計算が、固体スピン量子ビット系のコヒーレント制御の最近の進展を利用して実現できることを示している。

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