量子物理学：シリコンの2キュービットゲートに対する忠実度のベンチマーク

万能量子計算には、スケーラブルなプラットフォームに基づく量子ビット（キュービット）技術と共に、1キュービットゲート演算と2キュービットゲート演算の非忠実度に厳しい制限を課す、量子誤り訂正プロトコルが必要である。1キュービットレベルではさまざまな量子ビット系で高い忠実度が示されているが、フォールトトレランスしきい値に近い2キュービット忠実度が実証されたのは、標準的なリソグラフィー技術を使って作製された固体キュービットでは、超伝導体系のものだけである。シリコン系量子ドットキュービットも、大規模製造に適しており、同位体濃縮したシリコンを使って、高い単一キュービットゲート忠実度（99.9％を超える）を実現できる。また、現在では多数の系で2キュービットゲートが実証されているが、ランダムに選択した一連のゲートを使って誤りを測定するクリフォードベースのランダム化ベンチマーキングを使った、2キュービットゲートの忠実度の正確な評価はまだ実現されていない。今回我々は、ゲートで定義した量子ドットの電子スピン状態に符号化したキュービットに対して、忠実度が80〜89％のベル状態トモグラフィーと、クリフォードゲートの平均忠実度が94.7％で制御回転の平均忠実度が98％の2キュービットランダム化ベンチマーキングを実証する。これらの忠実度は、今回使った、キュービットのデコヒーレンス時間と比べて比較的長いゲート時間によって制限されることが見いだされた。従って、先進的なパルス化技術と共に、高いラビ周波数による高速ゲート演算を採用したシリコンキュービットの設計によって、近い将来さらに高い忠実度が可能になるはずである。

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