量子物理学：ブレークイーブンを上回る忠実度での魔法状態の符号化

量子コンピューターで大規模アルゴリズムを走らせるには、誤り訂正コードは、論理ゲートと呼ばれる基本的な操作セットを実行できると同時に、符号化された情報を雑音から分離できなければならない。魔法状態と呼ばれる特別なリソースを生成することによって、論理ゲートの汎用セットを完全にそろえることができる。従って、計算に持ち込まれる雑音の量を最小限にしながらアルゴリズムを実行するためには、高忠実度の魔法状態を生成することが重要である。今回我々は、誤り訂正を用いて超伝導キュービットアレイに魔法状態を生成するスキームを提案し実装した。我々は、今回のスキームが、デバイスの個々のキュービットを使って生成できる魔法状態よりも優れた魔法状態を生成することを見いだした。これは、フォールトトレラントな量子コンピューティングの基本原理、すなわち、雑音の多いキュービットを持つ論理ゲートの品質を、誤り訂正を用いて改善できることを実証している。さらに我々は、回路の途中での測定の結果に応じて回路の構成要素を変化させる適応回路を用いて、魔法状態の生成量を増加できることを示す。これによって、多くの誤り訂正サブルーチンに必要な基本的能力が実証される。今回のプロトタイプは、大規模量子コンピューティングアーキテクチャーにおいて高忠実度の魔法状態を生成するのに必要な物理キュービットの数を減らすことができるので、今後極めて重要になると我々は考える。

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