量子コンピューティングの新たなパラダイムが生まれる(Illuminating errors creates a new paradigm for quantum computing)

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2023-10-11 プリンストン大学

◆研究者は、量子コンピュータ内でのエラーの位置を特定し、修正を容易にする新しい方法を開発しました。このアプローチはエラーの検出を向上させ、量子コンピュータの進歩を加速させ、難解な計算問題に対処する能力を向上させる可能性があります。
◆新しい手法は、量子コンピュータのエラーが発生しないようにすることに焦点を当てる代わりに、エラーを特定し、修正することに注力しています。この手法は物質ベースのキュービットに適用され、エラーコレクションの計算コストを大幅に削減できる可能性があります。他の研究グループもこの新しいエラー検出アーキテクチャを採用し、大規模な量子コンピューティングの進展に貢献することが期待されています。

<関連情報>

原子量子ビットにおける高忠実度ゲートと回路途中の消去変換 High-fidelity gates and mid-circuit erasure conversion in an atomic qubit

Shuo Ma,Genyue Liu,Pai Peng,Bichen Zhang,Sven Jandura,Jahan Claes,Alex P. Burgers,Guido Pupillo,Shruti Puri & Jeff D. Thompson
Nature  Published:11 October 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-023-06438-1

量子コンピューティングの新たなパラダイムが生まれる(Illuminating errors creates a new paradigm for quantum computing)

Abstract

The development of scalable, high-fidelity qubits is a key challenge in quantum information science. Neutral atom qubits have progressed rapidly in recent years, demonstrating programmable processors1,2 and quantum simulators with scaling to hundreds of atoms3,4. Exploring new atomic species, such as alkaline earth atoms5,6,7, or combining multiple species8 can provide new paths to improving coherence, control and scalability. For example, for eventual application in quantum error correction, it is advantageous to realize qubits with structured error models, such as biased Pauli errors9 or conversion of errors into detectable erasures10. Here we demonstrate a new neutral atom qubit using the nuclear spin of a long-lived metastable state in 171Yb. The long coherence time and fast excitation to the Rydberg state allow one- and two-qubit gates with fidelities of 0.9990(1) and 0.980(1), respectively. Importantly, a large fraction of all gate errors result in decays out of the qubit subspace to the ground state. By performing fast, mid-circuit detection of these errors, we convert them into erasure errors; during detection, the induced error probability on qubits remaining in the computational space is less than 10−5. This work establishes metastable 171Yb as a promising platform for realizing fault-tolerant quantum computing.

1601コンピュータ工学
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