量子物理学：表面符号論理キュービットのスケーリングによる量子誤りの抑制

実用的な量子計算には、物理キュービットで達成可能な誤り率を大きく下回る誤り率が要求される。量子誤り訂正は、論理キュービットを多数の物理キュービットに符号化することによって、アルゴリズムに適した誤り率を実現する方法をもたらし、物理キュービットの数を増やすことで、物理的誤りに対する保護が強化される。しかし、導入するキュービットを増やすと、誤りの源の数も増えるため、符号サイズを大きくして論理性能を向上させるには、誤りの密度が十分低くなければならない。今回我々は、いくつかの符号サイズにわたる論理キュービット性能のスケーリングの測定結果を報告し、我々の超伝導キュービット系の性能が、キュービット数の増加によって加わる誤りを克服するのに十分であることを実証する。今回の距離5の表面符号論理キュービットは、25サイクルにわたる論理誤り確率と、1サイクル当たりの論理誤りの両方で、距離3の論理キュービットの集合よりも平均して若干性能が良い（(3.028 ± 0.023)％に対し(2.914 ± 0.016)％）ことが見いだされた。我々は、距離25の反復符号を実行して有害な低確率の誤り源を調べ、単回の高エネルギー事象によって定まる1サイクル当たりの論理誤りフロア1.7 × 10⁻⁶（この事象を除けば1.6 × 10⁻⁷）を観測した。我々は、この実験結果を正確にモデル化し、今後のシステムの最大の課題を浮き彫りにするエラーバジェットを導き出した。これらの結果は、キュービット数の増加とともに量子誤り訂正の性能が向上し始めることを実験的に実証しており、計算に要求される論理誤り率に到達する道を明らかにしている。

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