量子物理学：格子つなぎ換えを用いた論理キュービットのエンタングリング

量子コンピューティングアーキテクチャーの、初期の設計や雑音の多い現状のデバイスから本格的な量子コンピューターへの進展は、量子誤り訂正を用いたフォールトトレランスの実現に懸かっている。しかし、そうした訂正能力には、必要なフォールトトレラント論理演算を論理キュービット（物理キュービットの集合に符号化され、誤り訂正符号によって保護されたキュービット）上で実行するためのオーバーヘッドが伴う。論理演算を実装する上で最もリソース効率の高い方法の1つに格子つなぎ換え（lattice surgery）があり、この方法では、格子上に並べられた物理キュービット群を合体させたり分割したりすることで、エンタングリングゲートを実現し論理情報をテレポートすることができる。本論文では、トポロジカル誤り訂正符号を通して保護された2つのキュービット間の格子つなぎ換えを、10キュービットのイオントラップ量子情報プロセッサーにおいて実験的に実現したことを報告する。この系では、一連の局所ゲートとエンタングリングゲートを通して、必要な量子非破壊測定を行えるだけでなく、補助キュービットの測定も行うことができる。具体的には、我々は2つの論理キュービット間のエンタングルメントを実証するとともに、それらの論理キュービット間での論理状態テレポーテーションを実現した。量子計算の基本構成要素であるこれらの演算を格子つなぎ換えによって実証したことで、フォールトトレラントな量子計算の効率的な実現に一歩近づいた。

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