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量子物理学：動的光格子におけるキュービットダブロンを用いた保護量子ゲート
Nature 652, 8110 doi: 10.1038/s41586-026-10285-1
量子コンピューティングは、現代科学における中心的な課題となっている。光格子中の中性原子は、主要な計算プラットフォームとして登場し、衝突ゲートは、量子論理のための安定な機構を提供している。しかしこれまでの実験は、極低温衝突を動的に微調整された過程として扱っており、これによって、本質的にロバストな演算を実現するのに欠かせない基礎的な量子幾何学と量子統計が不明瞭になっていた。今回我々は、動的光格子中のフェルミオン原子のキュービットダブロン状態を過渡的に占有させることによって、純粋に幾何学的な2キュービットSWAPゲートを提案し、実験的に実証する。これらのダブロン状態の存在は、フェルミオンの交換反対称性と相まって、2粒子量子ホロノミー、すなわち動的位相が存在しない幾何学的発展を可能にする。これにより、閉じ込めポテンシャルのゆらぎや不均一性に対して本質的に保護されたゲート機構が得られる。このゲートのレジリエンスは、ハミルトニアンの時間反転対称性とカイラル対称性によってさらに強化される。我々は、この並外れた保護を実験で検証し、1万7000を超える原子対からなる系全体にわたって測定した損失補正後の振幅忠実度99.91(7)％を達成した。今回の成果は、原子輸送のために最近開発されたトポロジカルポンピング法と組み合わせることで、大規模で高度に接続された量子プロセッサーへの道を開く。今回の成果は、量子統計を含む基本的な対称性を、フォールトトレラントな計算のための強力な資源へと転換する、量子論理の新たなモデルを導入する。
