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量子物理学：人工的な交換相互作用を通したボソンモードのエンタングルメント
Nature 566, 7745 doi: 10.1038/s41586-019-0970-4
量子コンピューテーションは、情報処理の強力な新しいパラダイムをもたらす。ロバストな汎用量子コンピューターは、よく制御されたどのような量子系によっても実現できるが、プラットフォームとして成功するには結局のところ、コヒーレンスの高い誤り訂正可能な量子素子と、そうした素子間の少なくとも1回のエンタングル操作の組み合わせが必要となる。連続変数系（例えば、調和振動子）に記憶された量子情報は、それぞれの素子が利用できる大きなヒルベルト空間に情報を符号化する、ハードウエア効率の高い量子誤り訂正プロトコルを利用できる。しかし、そうした符号化状態には制御可能な直接結合がないことが多く、そのため、そうした状態間の決定論的なエンタングル操作は特に困難である。今回我々は、指数SWAP操作の効率の良い実装を開発し、それを2個の超伝導マイクロ波共振器に保存したボソン量子ビット（キュービット）間で実験的に実現したことを示す。この人工的な操作は、離散スピン系の間の交換相互作用と似ているが、連続変数モードのいかなる符号化された部分空間内においても機能する。この操作は、制御回転に基づいて、2つの調和振動子モードの任意の状態間で同一性とSWAP操作のコヒーレントな重ね合わせを生み出し、この操作を使って、量子誤り訂正コード内に決定論的なエンタングリングゲートを作ることができる。今回の結果から、ボソンモードを使う汎用量子コンピューテーションの有用な構成要素が得られた。
