量子情報：デュアルレール消失キュービット用エンタングルゲート

量子コンピューティングの潜在能力を最大限に実現するには、量子誤り訂正（QEC）が必要となる可能性が高いものの、これにはハードウエアの非常に大きなオーバーヘッドが伴い、物理キュービット上での低いゲート誤り率が要求される。こうした要件は、最も一般的な雑音チャネルが最も容易に訂正できるチャネルでもあるような、強い誤り階層性を備えたキュービットを設計することで緩和できる。消失キュービットでは、計算部分空間外への検出可能なリーク誤りが残留パウリ誤りよりも優勢である場合にこれを実現でき、その結果、しきい値が高くなり、符号距離に対するスケーリングが改善される。実際には、これらの利点が発揮されるのは、全てのゲートおよび操作を通じて誤り階層性が可能な限り維持される場合に限られる。今回我々は、一対の超伝導マイクロ波共振器に符号化された消失キュービットの一種である、デュアルレール共振器キュービット用の2キュービット・エンタングルメント・ゲートを設計し、実現した。実験的実証によって、ゲート動作中にも誤り階層性がおおむね維持されていることが確認された。このゲートは高速であり、動作時間は約500 nsで、ゲート当たりの消失率は約0.5％と低く、残留パウリ誤りは0.1％未満で、位相緩和誤りへの強い偏りを示し、この誤り構成では、ビット反転誤りは10⁻⁶レベルであり、実質的に存在しない。これらの結果は、スケールアップに伴って誤りを速やかに抑制する誤り訂正システムを、より早期に実現する道を開くものである。この主張は、我々が実行した詳細な表面符号シミュレーションによって裏付けられた。

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