量子コンピューターのエラーを消去する新しい方法(A New Way to Erase Quantum Computer Errors)

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2023-10-11 カリフォルニア工科大学(Caltech)

◆カリフォルニア工科大学を中心とする研究グループが、量子イレーサーと呼ばれる新しい方法を開発し、量子コンピュータのエラーを特定および修正できることを示しました。通常、量子コンピュータのエラーを見つけることは難しいが、この研究ではエラーを特定して消す方法を開発しました。
◆この方法は、量子コンピュータのアレイで使用される、電荷のないアルカリ土類中性原子を操作するもので、エラーが発生した場合、誤った原子が蛍光を発し、エラーの位置を特定できます。この研究は、量子コンピュータにおけるエラー検出と修正の新しい方法を提供し、量子コンピューティングの信頼性向上に寄与します。

<関連情報>

高忠実度リュードベリ量子シミュレータにおける消去変換 Erasure conversion in a high-fidelity Rydberg quantum simulator

Pascal Scholl,Adam L. Shaw,Richard Bing-Shiun Tsai,Ran Finkelstein,Joonhee Choi & Manuel Endres
Nature  Published:11 October 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-023-06516-4

量子コンピューターのエラーを消去する新しい方法(A New Way to Erase Quantum Computer Errors)

Abstract

Minimizing and understanding errors is critical for quantum science, both in noisy intermediate scale quantum (NISQ) devices1 and for the quest towards fault-tolerant quantum computation2,3. Rydberg arrays have emerged as a prominent platform in this context4 with impressive system sizes5,6 and proposals suggesting how error-correction thresholds could be significantly improved by detecting leakage errors with single-atom resolution7,8, a form of erasure error conversion9,10,11,12. However, two-qubit entanglement fidelities in Rydberg atom arrays13,14 have lagged behind competitors15,16 and this type of erasure conversion is yet to be realized for matter-based qubits in general. Here we demonstrate both erasure conversion and high-fidelity Bell state generation using a Rydberg quantum simulator5,6,17,18. When excising data with erasure errors observed via fast imaging of alkaline-earth atoms19,20,21,22, we achieve a Bell state fidelity of ≥0.9971+10−13, which improves to ≥0.9985+7−12≥0.9985−12+7 when correcting for remaining state-preparation errors. We further apply erasure conversion in a quantum simulation experiment for quasi-adiabatic preparation of long-range order across a quantum phase transition, and reveal the otherwise hidden impact of these errors on the simulation outcome. Our work demonstrates the capability for Rydberg-based entanglement to reach fidelities in the 0.999 regime, with higher fidelities a question of technical improvements, and shows how erasure conversion can be utilized in NISQ devices. These techniques could be translated directly to quantum-error-correction codes with the addition of long-lived qubits7,22,23,24.

1601コンピュータ工学
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