量子物理学：離散変数で符号化された論理キュービットでブレークイーブンポイントを打ち破る

量子誤り訂正（QEC）は、大きなヒルベルト空間の冗長性を利用して論理キュービットを雑音から保護することを目的としており、これによって実時間での誤りの検出と訂正が可能になる。QECコードの大半では、符号化された量子情報を処理後に一義的に取り出せるように、論理キュービットがいくつかの離散変数（例えば光子数）に符号化される。過去10年にわたり、離散変数で符号化されたさまざまなシナリオを用いて、反復QECが実証されてきた。しかし、このようにして符号化された論理キュービットの寿命を、利用可能な最良の物理キュービットを超えて延ばすことは依然として困難であり、これが、QECの実際的な有用性を判断するブレークイーブンポイントとなっている。今回我々は、論理キュービットが、補助超伝導キュービットと分散結合したマイクロ波共振器の光子数状態に二値符号化される、回路量子電気力学アーキテクチャーのQEC手順を実証する。個別に調整した周波数コムを特徴とするパルスをこの補助キュービットに印加することで、誤りシンドロームを高忠実度で反復抽出し、それに応じたフィードバック制御を行うことが可能になり、これによって、ブレークイーブンポイントを超えて寿命が約16％延長された。今回の成果は、フォールトトレラント量子計算のためのハードウエア効率の良い離散変数符号化の可能性を例示している。

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