量子物理学：距離3の表面符号における反復量子誤り訂正の実現

量子コンピューターは、従来の方法では解決が困難な計算問題を解決すると期待されている。量子コンピューターがフォールトトレラントな動作を行うには、避けようのないデコヒーレンスや制御精度の限界に起因する誤りを訂正しなければならない。今回我々は、誤り耐性が極めて高いことで知られる表面符号を用いた量子誤り訂正を実証する。我々は、超伝導回路内の17個の物理キュービットを用い、最近の距離2の誤り検出実験に基づいて、距離3の論理キュービットに量子情報を符号化した。そして、わずか1.1 μsの誤り訂正サイクルにおいて、論理キュービットの4つの基本状態が保持されることを実証した。我々は、このサイクルを反復実行し、誤りモデルのない手法の最小重み完全マッチングアルゴリズムを用いて、ビット反転と位相反転の両方の誤りシンドロームを測定して復号するとともに、後処理に訂正を適用した。その結果、リークが検出された実験ランを排除した場合、1サイクル当たり3％という低い論理誤り確率が見いだされた。我々のデバイスの測定された特性は、数値モデルとよく一致する。高速かつ高性能な反復量子誤り訂正サイクルに関する今回の実証結果は、最近のイオントラップの進歩と併せて、フォールトトレラントな量子計算を実用化できるという我々の見解を裏付けている。

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