量子物理学：イオントラップ型ユニバーサル量子コンピューターにおける並列エンタングリング操作

量子コンピューターの回路モデルは、ユニバーサルな個別操作群から選ばれた一連の量子ビット（キュービット）間ゲート操作で構成される。並列エンタングリング量子ゲートを実行する能力は、多くの量子回路だけでなく、全てのアルゴリズム（ショアの因数分解アルゴリズムなど）や量子シミュレーションの効率を向上させる。全加算器や多制御トフォリゲートなどの回路では、並列処理によって、分割統治法を通して全実行時間が指数関数的に改善される可能性がある。より重要なのは、誤りを生じやすいキュービットのフォールトトレラントな誤り訂正に、量子ゲート並列処理が不可欠であるということである。しかし、特に、クーロン結合した捕捉原子イオンや共振器結合超伝導トランズモンなどにおけるコモンモードバスによって完全に接続されたキュービットの間には潜在的クロストークがあるため、並列量子ゲートの実装は難しい。今回我々は、完全接続された捕捉¹⁷¹Yb⁺イオンキュービットアレイにおける2キュービット並列エンタングリングゲートに関する実験結果を報告する。我々は、4段量子回路（回路段数は必要なランタイムステップ数を示している）を用いて量子コンピューター上で1ビット全加算操作を行った。今回の方法は、古典的な制御手法を用いて高度に接続されたキュービット系の能力を利用しており、イオントラップ型量子コンピューターにおける量子回路の高速化とフォールトトレランスの実現に役立つと思われる。

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