量子物理学：キュービット損失の実験による決定論的訂正

量子コンピューターが正しく動作するかどうかは、デコヒーレンスや雑音からのキュービットの保護に依存しており、訂正されなければ誤った結果につながる。こうした誤りはアルゴリズムの実行中に蓄積されるため、その訂正は大規模なフォールトトレラント量子情報プロセッサーにとっては重要な要件である。量子誤り訂正によって対処できる計算誤りの他に、情報の担体が完全に失われる可能性や、情報が計算空間から漏洩する可能性もある。そうした損失誤りは、計算誤りと同等の割合で生じると予想される。今回我々は、イオントラップ型量子プロセッサーにおいて、トポロジカル表面符号の極小インスタンス上でフルサイクルのキュービット損失の検出と訂正を実験的に実装した。この訂正でカギとなる技術は、補助キュービットを用いて行われる量子非破壊測定で、この補助キュービットは、欠けたキュービットを検出する低侵襲プローブとしての役割を果たすが、残りのキュービットには量子力学的に可能な最小の擾乱しか与えない。キュービット損失が検出されると、回復手順がリアルタイムで開始され、これによって論理情報が、残りのキュービットにおいて新たな符号化にマッピングされる。今回の実証は、イオントラップ型量子プロセッサーで実行されたが、このプロトコルは他の量子計算アーキテクチャーや誤り訂正符号（二次元や三次元の主要なトポロジカル符号を含む）にも適用可能である。これらの決定論的方法は、キュービット損失訂正の完全なツールボックスをもたらすものであり、計算誤りを軽減する技術と共に、完全かつスケーラブルな量子誤り訂正の構成要素となる。

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