量子物理学：シリコンにおける符号化されたスピンキュービットを用いた汎用論理
Nature 615, 7954 doi: 10.1038/s41586-023-05777-3
量子計算は、特定の問題に対するハードウエアアクセラレーションの既知の例を特色としているが、雑音や不完全な制御から生じる小さな誤りの影響を受けやすいため、その実現は困難である。フォールトトレランスの原理によって、不完全なハードウエアでも計算を加速できるようになる可能性があるが、誤りの性質と相関に厳しい要件が課される。多くのキュービット技術では、フォールトトレランスを実現するためのいくつかの課題は、キュービット共鳴に一致するマイクロ波エネルギーを注入することによってキュービットを制御する必要性から生じる相関誤りにさかのぼることができる。今回我々は、電子のスピン状態を隣接する電子のスピン状態と部分的に交換する最近接接触相互作用によって制御される、エネルギー縮退した符号化キュービット状態を用いた、量子計算の代替手法を実証する。そうした部分交換の較正された手順を、電圧パルスのみを用いて実現することで、マイクロ波に付随する相関誤り源を回避しつつ、汎用量子制御を行うことが可能になる。我々は、従来のマイクロエレクトロニクスで使われているプロセスに従って二次元に拡張できるプラットフォームを用いて構築した、6個の28Si/SiGe量子ドットからなるアレイを使った。我々は、インターリーブされたランダム化ベンチマークを用いて、符号化された2つのキュービットの汎用制御の操作忠実度を定量化し、符号化された制御NOT演算では96.3％ ± 0.7％、符号化されたSWAPでは99.3％ ± 0.5％という忠実度を得た。同位体濃縮シリコンによって得られる量子コヒーレンス、部分交換操作の全電気的な低クロストーク制御、特定の誤り源に対する今回の符号化の構成可能な非依存性が全て組み合わさって、スケーラブルなフォールトトレランスと計算優位性への強力な道筋が得られる。
