量子コンピューティング：超伝導量子プロセッサー上での色符号におけるスケーリングおよび論理

量子誤り訂正は、物理デバイスの誤り率と量子アルゴリズムに要求される極めて低い誤り率との間の隔たりを埋めるのに不可欠である。超伝導プロセッサー上で最近実証された誤り訂正は、主に表面符号に着目したもので、表面符号では、高い誤りしきい値が得られるが、論理演算に対しては制限が課される。色符号では、さらに効率的な論理が可能になるが、より複雑なスタビライザー測定と復号が必要になる。超伝導キュービットなどの平面アーキテクチャーでのこうしたスタビライザーの測定は難題であり、これまでの色符号の実現では、いずれのプラットフォーム上でも、符号サイズに伴う性能スケーリングが扱われていない。本論文で我々は、超伝導プロセッサー上での色符号の包括的な実証を提示する。符号距離を3から5にスケーリングすると、論理誤りは、Λ_3/5 = 1.56(4)倍だけ抑制された。シミュレーションからは、この性能が色符号のしきい値を下回っており、デバイスを少し改良すれば色符号が表面符号より効率的になり得ることが示された。我々は、論理ランダム化ベンチマーク法を用いてトランスバーサルなクリフォードゲートを検証するとともに、汎用計算のカギとなるリソースである魔法状態を注入して、事後選択により99％を超える忠実度を達成した。さらに我々は、格子手術を用いて論理状態を色符号間でテレポートした。今回の成果は、色符号を、近い将来に超伝導プロセッサー上でフォールトトレラントな量子コンピューティングを実現する有力な研究方向として確立するものである。

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