Letter 量子情報科学：超伝導回路によるトフォリゲートの実現 2012年1月12日 Nature 481, 7380 doi: 10.1038/nature10713 トフォリゲートは3量子ビット（3キュービット）の操作であり、2個の制御キュービットの状態に応じて標的キュービットの状態を反転する。これによって普遍的で可逆な古典計算が可能となり、アダマールゲートと組み合わせると量子計算におけるゲートの万能集合が得られる。これはまた、量子誤り訂正方式の重要な要素にもなる。トフォリゲートは核磁気共鳴、線形光学、イオントラップ系で実現されている。超伝導キュービットによる実験でも最近大きな進展が見られており、2キュービットアルゴリズムと2キュービットプロセストモグラフィーが実現され、3キュービットエンタングル状態が調製され、量子テレポーテーションに向けた最初の段階が進展し、量子計算アーキテクチャーに関する研究が行われている。単一キュービットと2キュービットゲートのみによるトフォリゲートの実現には6個の制御NOTゲートと10回の単一キュービット操作が必要で、コヒーレンスに対する電流の制限があるため、まだどのような系でも実現していない。今回我々はマイクロ波共振器と結合した3個の超伝導トランズモンキュービットによるトフォリゲートを実現している。トランズモンキュービットの3番目のエネルギー準位を使うことで、トフォリゲートを実現するのに必要な要素ゲートの数を、2準位系しか使わない理論提案で必要となる数に比べて、大きく減らした。全プロセストモグラフィーとモンテカルロプロセス証明を用いて、3個の独立なキュービットで作動するトフォリゲートの特性を完全に評価し、測定した忠実度は68.5±0.5パーセントとなっている。トフォリクラスのゲートの特徴的な特性を実現する同様の方法は、2個のキュービットと1個の共振器で実証されており、位相忠実度のみ考える限定的な特性評価が行われている。我々の結果は、巨視的な超伝導キュービットによって量子誤り訂正も可能な複雑な量子操作を実現する可能性を高めるものである。 Full Text PDF 目次へ戻る
