量子コンピューティング：中性原子量子コンピューターにおける高忠実度並列エンタングリングゲート

エンタングリング量子操作を低い誤り率でスケーラブルに実行する能力は、実用的な量子情報処理の中心的要素である。中性原子アレイは、有望な量子計算プラットフォームとして最近登場したもので、数百キュービットにわたるコヒーレント制御と、柔軟で動的に再構成可能なアーキテクチャーでのあらゆる組み合わせのゲート接続性を特徴とする。主な未解決の課題は、リュードベリ相互作用を通したエンタングリング操作における誤りの低減である。今回我々は、最大60個の原子に対して99.5％の忠実度で2キュービットのエンタングリングゲートを並列に実現し、誤り訂正のための表面符号のしきい値を超えたことを報告する。今回の方法は、最適制御、散乱を減らすための原子暗状態、リュードベリ励起と原子冷却の改良に基づく、高速の単一パルスゲートを用いている。我々は、ゲートの繰り返し適用に基づくいくつかの方法を用いて忠実度のベンチマークを行い、物理的な誤り源の特性を評価するとともに、将来の改良について概説する。さらに我々は、より多数のキュービットが関与するエンタングリングゲートを設計するために今回の方法を一般化し、これを、低い誤り率の3キュービットゲートを実現することによって実証した。これらの進歩は、高度に接続されたスケーラブルな系において高忠実度の操作を可能にすることによって、量子アルゴリズム、誤り訂正回路、デジタルシミュレーションの大規模実装の基礎となる。

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