量子コンピューティング：汎用量子コンピューティングに向けたフォールトトレラントな中性原子アーキテクチャー
Nature 649, 8095 doi: 10.1038/s41586-025-09848-5
量子誤り訂正（QEC）は、大規模量子コンピューターの実現に必須である。しかし、符号化された「論理」キュービット上での操作の複雑さに起因して、フォールトトレラントな量子デバイスを構築し、それらを組み合わせて効率的なアーキテクチャーにするための物理的原理を理解することが未解決の科学的課題となっている。今回我々は、最高448個の中性原子からなる再構成可能なアレイを使用して、汎用的なフォールトトレラント量子処理アーキテクチャーの主要構成要素を実装し、その根底にある動作機構を実験的に調べた。我々はまず、表面符号を用いて、QECの繰り返しがどのように誤りを抑制するか調べ、原子損失検出と機械学習による復号化を活用し、4ラウンドの評価回路でしきい値を2.14(13)倍下回る性能を実証した。次に我々は、トランスバーサル型ゲートと格子手術を用いて論理エンタングルメントを調べ、それを三次元の[[15,1,3]]符号によるトランスバーサルテレポーテーションを通じて汎用論理に拡張することで、多項対数オーバーヘッドで任意回転角度の合成を可能にした。我々はまた、回路中間でのキュービット再使用法を開発し、内部エントロピーを一定に維持しつつ、実験でのサイクルレートを2桁向上させるとともに、[[7,1,3]]符号および高レート[[16,6,4]]符号による数十個の論理キュービットと数百回の論理テレポーテーションを用いた深い回路のプロトコルを可能にした。今回の実験は、量子論理とエントロピー除去の相互作用が関与し、論理ゲートと魔法状態生成において物理的エンタングルメントを適切に使用する、汎用性と物理的キュービットのリセットのためのテレポーテーションを活用した、効率的なアーキテクチャー設計の鍵となる原理を示している。これらの結果は、中性原子系でのスケーラブルで汎用的な誤り訂正された処理とその実用的な実装の基礎を確立するものである。
