휴식을 취하다

Nature 616권, 56~60페이지(2023)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

양자 오류 수정(QEC)은 실시간으로 오류를 감지하고 수정할 수 있는 대규모 힐베르트 공간의 중복성을 사용하여 논리 큐비트를 잡음으로부터 보호하는 것을 목표로 합니다1. 대부분의 QEC 코드2,3,4,5,6,7,8에서 논리 큐비트는 일부 이산 변수(예: 광자 수)로 인코딩되므로 인코딩된 양자 정보는 처리 후 명확하게 추출될 수 있습니다. 지난 10년 동안 반복적인 QEC는 다양한 이산 변수 인코딩 시나리오9,10,11,12,13,14,15,16,17를 통해 입증되었습니다. 그러나 이렇게 인코딩된 논리적 큐비트의 수명을 사용 가능한 최상의 물리적 큐비트 이상으로 연장하는 것은 여전히 ​​어렵습니다. 이는 QEC의 실질적인 유용성을 판단하기 위한 손익분기점을 나타냅니다. 여기에서는 논리 큐비트가 마이크로파 공동의 광자 수 상태로 이항적으로 인코딩되고 보조 초전도 큐비트에 분산적으로 결합되는 회로 양자 전기역학 아키텍처의 QEC 절차를 보여줍니다. 맞춤형 주파수 빗을 특징으로 하는 펄스를 보조 큐비트에 적용함으로써 오류 신드롬을 높은 충실도로 반복적으로 추출하고 이에 따라 피드백 제어로 오류 수정을 수행함으로써 약 16% 수명 향상으로 손익분기점을 초과할 수 있습니다. 우리의 작업은 내결함성 양자 계산을 위한 하드웨어 효율적인 이산 변수 인코딩의 잠재력을 보여줍니다.

양자 컴퓨터를 구축하는 데 있어 주요 장애물 중 하나는 큐비트에 저장된 양자 정보를 파괴하는 환경적으로 유발되는 결맞음입니다. 결맞음으로 인한 오류는 QEC(양자 오류 수정) 절차를 반복적으로 적용하여 수정될 수 있습니다. 이에 따라 논리 큐비트는 고차원 힐베르트 공간에 인코딩되어 서로 다른 오류가 시스템을 서로 다른 직교 하위 공간으로 투영하여 다음과 같이 될 수 있습니다. 저장된 양자 정보를 방해하지 않고 명확하게 식별되고 수정됩니다. 기존 QEC 체계1,9에서 논리적 큐비트의 코드 워드는 일부 이산 변수로 인코딩된 여러 물리적 큐비트의 고도로 대칭적인 얽힌 두 상태로 구성됩니다. 지난 20년 동안 핵 스핀5,6, 다이아몬드의 질소 공공 센터10,20, 포획된 이온7,11,21,22,23, 광자 큐비트24, 실리콘 스핀 큐비트25 및 초전도 회로12,13,14,15,16,26,27. 그러나 이러한 실험에서는 QEC 코드가 양자 정보 저장에 도움이 될 수 있는지 여부를 판단하기 위한 손익분기점으로 간주되는 최상의 물리적 구성 요소에 도달하려면 논리적 큐비트의 수명을 크게 연장해야 합니다. 그리고 처리.

대체 QEC 인코딩 방식은 연속 변수 또는 이산 변수 큐비트를 인코딩하는 데 사용할 수 있는 발진기의 큰 공간을 사용하는 것입니다. 두 가지 유형의 코드 모두 에너지 양의 손실과 이득으로 인한 오류를 허용할 수 있으므로 QEC를 하드웨어 효율적인 방식으로 수행할 수 있습니다. 회로 양자 전기 역학(QED) 시스템은 이러한 인코딩 체계를 실현하기 위한 이상적인 플랫폼을 나타냅니다. 연속 변수 인코딩의 무한 차원 힐베르트 공간에 양자 정보를 배포하여 두 번의 획기적인 실험에서 손익분기점이 초과되었습니다. 광자 큐비트이지만 이 광자 큐비트의 코드 워드는 엄밀히 말하면 직교하지 않습니다. 이러한 본질적인 제한은 이산 변수 인코딩 방식으로 극복될 수 있으며, 이에 따라 논리 큐비트의 코드 워드는 발진기의 상호 직교 Fock 상태로 인코딩됩니다. 이 기능은 오류 수정 가능 게이트와의 본질적인 호환성 및 양자 네트워크에서 모듈을 논리적으로 연결하는 유용성과 함께 이러한 이산 변수 큐비트를 내결함성 양자 계산에서 유망하게 만듭니다. 이러한 장점은 인코딩된 논리 큐비트의 수명이 손익 분기점을 넘어 확장되는 경우에만 실제 양자 정보 처리에서 실질적인 이점으로 바뀔 수 있습니다. 그러나 이 목표를 향한 지속적인 노력이 이루어졌음에도 불구하고 여전히 파악하기 어려운 결과로 남아 있습니다. 32.