量子情報：イオントラップ型量子CCDコンピューターアーキテクチャーの実証
Nature 592, 7853 doi: 10.1038/s41586-021-03318-4
イオントラップ型の量子電荷結合素子（QCCD）の提唱は、可動イオンをキュービットとして使う汎用量子コンピューター実現のための青写真を提示している。画像情報を、結合されたピクセル中に移動可能な電荷として記憶・処理する電荷結合素子（CCD）カメラと同様に、QCCDコンピューターは、量子情報を、動的電場を用いて異なる処理領域間で輸送される荷電イオンの内部状態に記憶する。QCCDアーキテクチャーでは、量子相互作用を複数の小さなイオン結晶に限定し、次にこれらの結晶の構成イオンを物理的に分割して新たな結晶中に再配置してさらなる相互作用を生じさせることによって、小規模のイオントラップ実験で実証された低い誤り率が維持されると期待される。この手法は、キュービットのコヒーレンス時間に比べて高速な輸送時間スケール、輸送に用いられる電場に対するイオンのキュービット状態の低い感度、空間的に分離された結晶によって生じる低いクロストークを利用している。しかし、これらの動作を複数の相互作用領域にわたって低い誤り率で実行できる機械の設計および作製には多くの困難が伴うため、このアーキテクチャーをより大きなキュービット数に拡張する歩みは遅れてきた。今回我々は、極低温表面トラップを用いて、QCCDアーキテクチャーに必要なあらゆる構成要素（拡張可能なトラップ設計、並列した相互作用領域、高速イオン輸送）を組み込んで、個々のイオン結晶で実現される低い誤り率と一致するシステム性能を有する、プログラム可能なイオントラップ型量子コンピューターを開発した。我々は、この手法を適用して、中間回路測定を用いるテレポートされたCNOTゲート、無視できるほど小さいクロストーク誤り、26 = 64という量子ボリュームを実現した。今回の結果は、QCCDアーキテクチャーによって、高性能量子コンピューターへの実行可能な道筋が得られることを実証している。
