量子コンピューティング：デジタル制御されたシリコン量子処理ユニット

商用的に意味のある量子コンピューターを実現するには、大規模に製造、集積、制御できる高性能キュービットが多数必要となる。シリコン交換相互作用専用キュービットは、制御信号が単純であり、先進的な半導体製造技術と適合することから、有力なキュービット方式の候補であるものの、十分に低い雑音の実現可能性、そしてスケーラブルな制御と配線ソリューションの実現可能性については依然として課題がある。今回我々は、特注設計の極低温相補型金属酸化膜半導体（CMOS）コントローラー、高密度超伝導リボンケーブル、そして低雑音の交換相互作用専用キュービットデバイスから構成される量子処理ユニットを提示する。この量子チップは、交換相互作用で結合した54個の量子ドットからなる3レールのアレイを特徴とし、最大18個の交換相互作用専用キュービットに対応できるように構成可能である。我々は、これらの構成要素を集積して使用することにより、単一キュービット操作およびエンタングルメント操作の両方で、交換相互作用専用キュービット方式の最先端性能を1桁向上させるキュービット性能を実証した。さらに、符号距離5の反復符号と符号距離2の量子誤り検出符号を実装し、シミュレーションとの詳細な比較を行うことで、このシステムを検証した。今回の研究は、運用上および資本上の要件を管理可能な範囲に抑えた、将来の実用規模の量子コンピューターの開発を促進する。

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