量子物理学：分子キュービット間のエンタングルメントとiSWAPゲート

量子計算と量子シミュレーションは、制御可能な相互作用を用いた長寿命キュービットに依存している。有望な量子コンピューティングのプラットフォームとして、捕捉された極性分子が提案されており、分子固有の複雑さと強い結合を利用しつつ、スケーラビリティーと単一粒子のアドレス可能性が提供されている。個々に捕捉された分子の超微細回転状態の単一量子状態の準備とコヒーレンスに関する最近の進展によって、そうした分子が有望なキュービットとして機能できるようになり、分子間双極子相互作用からエンタングルメントが生み出されている。しかし、分子を用いた汎用2キュービットゲートは実証されていない。今回我々は、固有の分子リソースを利用して、個々に捕捉されたX¹Σ⁺ NaCs分子を用いて2キュービットのiSWAPゲートを実装した。我々は、分子を1.9 μmの距離で664 μsの間、相互作用させることによって、両方の分子が存在する試行において最大限にエンタングルしたベル状態を94(3)％の忠実度で作り出した。そして、運動–回転結合を使用して、捕捉の軸方向に沿ったいくつかの最低運動状態の残留励起を測定し、それらがデコヒーレンスの主な原因であることを見いだした。さらに我々は、キュービットを符号化させている基底回転準位内に、2つの非相互作用超微細状態を特定した。相互作用状態と非相互作用状態の間の移動によって相互作用を切り替えることで、iSWAPゲートが実現されている。我々は、その論理真理値表を測定することによって、このゲートの性能を実証した。

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