トポロジカル量子プロセッサの開発(Topological quantum processor marks breakthrough in computing)

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2025-02-20 カリフォルニア大学サンタバーバラ校 (UCSB)

カリフォルニア大学サンタバーバラ校の物理学者が率いるMicrosoftのチームは、世界初の8量子ビットのトポロジカル量子プロセッサ「Majorana 1」を発表しました。このプロセッサは、トポロジカル量子コンピュータの実現に向けた重要な一歩となります。トポロジカル量子コンピュータは、量子情報を物理システム全体に分散して保存することで、エラー耐性が高く、より安定した量子計算を可能にします。研究チームは、この新しいプロセッサの設計と測定結果を『Nature』誌に発表し、さらに完全なトポロジカル量子コンピュータへの道筋を示す論文も公開しています。

<関連情報>

InAs-Alハイブリッドデバイスにおける干渉計シングルショットパリティ測定 Interferometric single-shot parity measurement in InAs–Al hybrid devices

Microsoft Azure Quantum,Morteza Aghaee,Alejandro Alcaraz Ramirez,Zulfi Alam,Rizwan Ali,Mariusz Andrzejczuk,Andrey Antipov,Mikhail Astafev,Amin Barzegar,Bela Bauer,Jonathan Becker,Umesh Kumar Bhaskar,Alex Bocharov,Srini Boddapati,David Bohn,Jouri Bommer,Leo Bourdet,Arnaud Bousquet,Samuel Boutin,Lucas Casparis,Benjamin J. Chapman,Sohail Chatoor,Anna Wulff Christensen,Cassandra Chua,… Justin Zilke
Nature  Published:19 February 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-024-08445-2

トポロジカル量子プロセッサの開発(Topological quantum processor marks breakthrough in computing)

Abstract

The fusion of non-Abelian anyons is a fundamental operation in measurement-only topological quantum computation1. In one-dimensional topological superconductors (1DTSs)2,3,4, fusion amounts to a determination of the shared fermion parity of Majorana zero modes (MZMs). Here we introduce a device architecture5 that is compatible with future tests of fusion rules. We implement a single-shot interferometric measurement of fermion parity6,7,8,9,10,11 in indium arsenide–aluminium heterostructures with a gate-defined superconducting nanowire12,13,14. The interferometer is formed by tunnel-coupling the proximitized nanowire to quantum dots. The nanowire causes a state-dependent shift of the quantum capacitance of these quantum dots of up to 1 fF. Our quantum-capacitance measurements show flux h/2e-periodic bimodality with a signal-to-noise ratio (SNR) of 1 in 3.6 μs at optimal flux values. From the time traces of the quantum-capacitance measurements, we extract a dwell time in the two associated states that is longer than 1 ms at in-plane magnetic fields of approximately 2 T. We discuss the interpretation of our measurements in terms of both topologically trivial and non-trivial origins. The large capacitance shift and long poisoning time enable a parity measurement with an assignment error probability of 1%.

1600情報工学一般
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