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量子物理学：最大51個の超伝導キュービットを用いた真のエンタングルメントの生成
Nature 619, 7971 doi: 10.1038/s41586-023-06195-1
より多数のキュービットを用いた真の多者間エンタングルメントのスケーラブルな生成は、量子情報技術において基礎的な興味でも実用的用途でも重要である。一方では、多者間エンタングルメントは、量子力学の予測と局所的な実現との間に強い矛盾を示し、量子古典遷移の研究に使用できる。もう一方では、大規模なエンタングルメントの実現は、量子系の質と制御性のベンチマークであり、万能量子コンピューティングの実現に不可欠である。しかし、最先端の量子デバイスにおける真の多者間エンタングルメントのスケーラブルな生成は非常に難しい場合があり、正確な量子ゲートと効率的な検証プロトコルが必要になる。今回我々は、66キュービットの超伝導量子プロセッサーにおいて、中規模の真のエンタングルメントを生成・検証するスケーラブルな手法を示す。我々は、高忠実度の並列量子ゲートを用い、並列1キュービットゲートの忠実度を99.91％に、並列2キュービットゲートの忠実度を99.05％に最適化した。そして、効率的なランダム化忠実度推定により、51キュービットの一次元クラスター状態と30キュービットの二次元クラスター状態を実現し、それぞれ0.637 ± 0.030と0.671 ± 0.006の忠実度を達成した。さらに我々は、高忠実度クラスター状態に基づいて、摂動を受けた平面符号について測定に基づく変分量子固有値ソルバーの原理実証を示す。今回の研究によって、数百キュービットのエンタングルメントを生成・検証する実現可能な手法が得られ、超伝導量子系を用いた中規模量子コンピューティングが可能になる。
