新しい量子ビット回路が、より高精度な量子演算を可能にする(New qubit circuit enables quantum operations with higher accuracy)

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2023-09-25 マサチューセッツ工科大学(MIT)

◆MITの研究者たちが、量子コンピュータの新しい設計を開発し、高い精度で動作することを実証しました。この設計には、長寿命のフラクソニウム(fluxonium)と呼ばれる新しい超伝導キュービットが使用されており、従来の超伝導キュービットよりも長い寿命を持ちます。これにより、99.9%以上の正確さで二量子ビットゲートが実現され、大規模な量子コンピュータのエラー検出が可能になります。
◆この成果は、商業および産業用途のための実用的な量子コンピュータの開発に向けた重要な一歩であり、新しい設計に関連するスタートアップ企業「Atlantic Quantum」の設立にもつながりました。この研究は、量子コンピュータの発展に新たな可能性を示唆しています。

<関連情報>

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Leon Ding, Max Hays, Youngkyu Sung, Bharath Kannan, Junyoung An, Agustin Di Paolo, Amir H. Karamlou, Thomas M. Hazard, Kate Azar, David K. Kim, Bethany M. Niedzielski, Alexander Melville, Mollie E. Schwartz, Jonilyn L. Yoder, Terry P. Orlando, Simon Gustavsson, Jeffrey A. Grover, Kyle Serniak, and William D. Oliver
Physical Review X  Published 25 September 2023
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevX.13.031035

Figure 1

ABSTRACT

We propose and demonstrate an architecture for fluxonium-fluxonium two-qubit gates mediated by transmon couplers (FTF, for fluxonium-transmon-fluxonium). Relative to architectures that exclusively rely on a direct coupling between fluxonium qubits, FTF enables stronger couplings for gates using noncomputational states while simultaneously suppressing the static controlled-phase entangling rate (ZZ) down to kilohertz levels, all without requiring strict parameter matching. Here, we implement FTF with a flux-tunable transmon coupler and demonstrate a microwave-activated controlled-Z (CZ) gate whose operation frequency can be tuned over a 2-GHz range, adding frequency allocation freedom for FTFs in larger systems. Across this range, state-of-the-art CZ gate fidelities are observed over many bias points and reproduced across the two devices characterized in this work. After optimizing both the operation frequency and the gate duration, we achieve peak CZ fidelities in the 99.85%–99.9% range. Finally, we implement model-free reinforcement learning of the pulse parameters to boost the mean gate fidelity up to 99.922%±0.009%, averaged over roughly an hour between scheduled training runs. Beyond the microwave-activated CZ gate we present here, FTF can be applied to a variety of other fluxonium gate schemes to improve gate fidelities and passively reduce unwanted ZZ interactions.

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