量子物理学：ダイヤモンド量子プロセッサーにおける論理キュービットのフォールトトレラント操作

固体スピンキュービットは、量子計算や量子ネットワークのための有望なプラットフォームである。最近の実験では、多キュービット系の高品質制御、基本的な量子アルゴリズム、非フォールトトレラントな誤り訂正が実証されている。大規模な系では、雑音の多い操作であっても信頼性の高い計算が可能なように、誤り訂正された論理キュービットを用いてそれらをフォールトトレラントに操作する必要がある。このような不完全性の克服は、量子科学における未解決の重要な課題である。今回我々は、ダイヤモンド中のスピンキュービットを用いて、論理キュービットのフォールトトレラント操作を実証する。今回の手法は、最近発見されたフラグプロトコルを用いた5キュービットコードに基づいており、計7キュービットを用いてフォールトトレランスを実現できる。我々は、多キュービットの反復測定に基づく新しいプロトコルを用いて論理キュービットを符号化し、非フォールトトレラントな符号化スキームより性能が優れていることを示した。次に、単一キュービットクリフォードゲート一式を通して、論理キュービットのフォールトトレラント操作を行った。さらに我々は、フラグ付きスタビライザー測定とその結果の実時間処理を実証した。このような測定は、フォールトトレラントな量子誤り訂正のプリミティブである。論理誤り率を物理誤り率以下に抑えるには、忠実度とキュービット数の改善が今後必要となるが、今回、フォールトトレラントなプロトコルが論理キュービットのレベルで実現されたことは、固体スピンを用いた量子情報処理への重要な一歩である。

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