量子コンピューティング：モジュール型フォトニック量子コンピューターのスケーリングとネットワーク化
Nature 638, 8052 doi: 10.1038/s41586-024-08406-9
フォトニクスは、大量生産可能なモジュールのためのチップ集積化、ネットワーク化のための光ファイバー、大部分の部品の室温動作が利用できることから、量子コンピューティングの有望なプラットフォームとなる。しかし、汎用的なフォールトトレラント動作を行う基本的な機能性を全て備えた完全な統合システムの実験的実証が必要である。今回我々は、35個のフォトニックチップを使用して量子コンピューターの（準高性能の）スケールモデルを構築し、その機能性と実現可能性を実証した。これは、ラックに設置できスケーラブルな個別モジュールとしてのあらゆる基本部品を光ファイバー相互接続でネットワーク化して組み合わせたもので、各クロックサイクルで12個の物理キュービットモードを提供する84個のスクイーザーと36個の光子数分解検出器を含む。我々は、オーロラ（Aurora）と名付けたこのマシンを使って、864億モードを伴う、別個のチップ間にまたがりエンタングルしたクラスター状態を合成し、符号距離2の葉層化（foliated）反復符号をリアルタイムで復号する能力を実証した。汎用性とフォールトトレランスに必要なカギとなる構成要素、すなわち、単一の時間モード非ガウスリソース状態の伝令付き合成、光子数分解検出時に起動されるリアルタイム多重化、ファイバーバッファーによる時空間クラスター状態形成、リアルタイムの単一クロックサイクルのフィードフォワードを伴いチップ統合ホモダイン検出器を使用して実行される適応測定が実証された。我々はまた、フォールトトレラントしきい値を超えるための主要で最も困難なハードルである光損失に対する、今回のアーキテクチャーのトレランスの詳細な分析結果も提示する。今回の成果は、フォールトトレラントしきい値を超えてフォトニック量子コンピューターを有用な用途で扱える点にまでにスケーリングする道筋を示している。
