物理学者は、量子ドット内のキュービットの非破壊測定を実行しました

オーストラリアと日本の物理学者は、量子ドット内の1つの電子で構成されるキュービットの量子非破壊測定を最初に実施しました。科学者たちは、そのような測定の信頼性が99.6パーセントを超えることを示しました。この記事はNatureCommunicationsに掲載されました。

ユニバーサル量子コンピューターを構築するための多くのプラットフォームがあります。ただし、それぞれのアプローチには欠点があります。たとえば、超伝導キュビットは他の実現に比べてコヒーレンス時間が短く、冷たい原子から大きな量子コンピューターを構築することは困難です。

量子ドットはキュービットの有望な実装ですが、多くの問題もあります。それらの1つは、システムの量子状態を破壊しないキュービットの定性的測定です。この文脈では、量子ドット内の単一電子はキュービットと見なされ、状態0と1は電子スピンによって記述されます。

理研科学センターの樽茶清悟教授が率いるオーストラリアと日本の科学者たちは、量子ビットと絡み合った別の電子を使って量子ドットの量子ビットを測定することを提案した。この実装により、動作キュービットの状態を長期間保持できます。これは、たとえば、エラー訂正コードの実装に必要です。

非破壊的な読み出しをテストするために、物理学者は2つの電子をSi / SiGe量子ドットに配置しました。1つは動作キュービットとして使用され、もう1つは測定の補助として使用されます。科学者たちは、チップ上のマイクロマグネットによって生成された磁場とキュービットの接続を制御しました。

科学者が量子ドットに配置した2つの電子である2つのキュービットの物理的実装の図。

このような測定を本格的な量子アルゴリズムで使用するには、付属器の状態の読み取りが実際に動作キュービットに影響を与えないことを確認する必要があります。物理学者は、作業量子ビットが劣化する前に、アンシラを30回以上測定できることを示しました。この測定数は、測定の実装からではなく、キュービットの短い寿命に由来します。アンシラを使用した1回の読み取りで、99.6％の確率で正しい結果が得られます。

さらに、研究者らは、アンシラとキュービットの共同読み出しを使用して、2つの電子の状態が高度に相関していることを示しました。これは、量子非破壊測定の前提条件です。

量子測定スキーム：作業キュービットがアンシラと絡み合ってから、アンシラが測定されます。読み取り方法をテストするために、科学者は作業量子ビットも測定し、結果を比較しました。

2つのキュービットが高度に相関していることを示すジョイントラビ振動。

物理学者が開発した測定の助けを借りて、多くのキュービットの状態のパリティを測定することが可能になり、マルチキュービットシステムの状態をすばやく認識することが可能になります。高品質の1キュービットおよび2キュービット操作と組み合わせることで、この情報抽出方法は、量子ドットに基づくエラー耐性のある量子コンピューターの作成への道を開きます。

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