量子コンピューティング：論理魔法状態蒸留の実験による実証

汎用のフォールトトレラントな量子コンピューティングの実現は、量子情報科学における主要な目標である。量子誤り訂正符号を用いて量子情報を論理キュービットに符号化すれば、物理的誤りを検出・訂正でき、論理誤り率を大幅に低減できる。しかし、こうした符号化されたキュービット上に容易に実装可能な論理演算のセットは、制約を受けることが多く、古典的に困難な汎用回路を実装するには「魔法状態」として知られる特殊なリソース状態の使用が必要になる。高忠実度の魔法状態を準備する主要な手法が「蒸留」であり、複数の低忠実度の入力からそうした状態を生成する。今回我々は、中性原子量子コンピューター上で論理キュービットを用いて魔法状態蒸留を実験的に実現したことを報告する。我々の手法では、動的に再構成可能なアーキテクチャーを使用して、多数の論理キュービット上の量子演算を並列に符号化し、実行する。我々は、d = 3とd = 5の色符号に符号化された魔法状態の蒸留を実証し、出力魔法状態の論理忠実度が入力論理魔法状態と比較して向上することを観測した。これらの実験は、汎用的なフォールトトレラント量子コンピューティングのカギとなる構成要素を実証する、大規模な論理量子プロセッサーに向けた重要な一歩である。

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