量子物理学：超伝導量子回路における繰り返しエラー検出による状態保存

量子計算は、環境に誘発されるエラーから量子状態を保護できるとき実行可能となる。量子ビット（キュービット）の信頼性が十分高ければエラーはまれであり、量子エラー訂正（QEC）によりエラーを特定し修正できる。キュービットを増やすほど、次第に大きくなるエラークラスタから論理エラーが起こらなくなり、状態の保存性能が改善する。これは大規模システムにとって重要な要件である。QECを用いたキュービットの寿命の延長は、量子計算における未解決の実験的課題の1つである。今回我々は、環境ビットフリップエラーからの古典状態の保護について報告し、系のサイズを大きくすることでこうしたエラーを抑制できることを実証している。我々は、二次元表面コードQECに向けた自然なステップとして9個のキュービットからなる線形アレイを使用し、射影量子非破壊パリティ測定を繰り返し行ってエラーを追跡した。単一の物理キュービットと比べると、8回の測定サイクル後に入力状態を検索した際のエラー率を、キュービット9個のうち5個を使ったとき2.7倍、9個全てを使ったとき8.5倍低減できた。さらに、非古典的なグリーンバーガー・ホーン・ザイリンガー状態が保存されることもトモグラフィーにより確かめた。環境に誘発されるエラーが抑制できたことで、大規模超伝導量子コンピューター構築に伴う多くの課題に向けて、今後さらなる研究が促されるだろう。

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