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科学者は、単一の原子に隠された量子コードをひび割れしました

動作する大規模な量子コンピューターを構築するには、科学者とエンジニアは、量子ビットまたはQubitsが動作中に作成する自発的なエラーを克服する必要があります。 科学者は、これらの量子情報の構成要素をエンコードして、他のキュービットのエラーを抑制し、少数派が有用な結果を生み出す方法で動作できるようにします。 有用な（または論理的な）Qubitsの数が増加するにつれて、必要な物理的なキュービットの数はさらに増加します。これが拡大するにつれて、有用な量子マシンを作成するために必要な膨大な数のキュービットがエンジニアリングの悪夢になります。 今、シドニー大学ナノ研究所の量子制御研究所の量子科学者は、その運転に必要な物理的なキュービットを大幅に減らす量子論理ゲートの一種を実証しました。 これを行うために、彼らは量子コンピューティングの「ロゼッタストーン」と呼ばれるエラー修正コードを使用して、単一の原子に絡み合ったロジックゲートを構築しました。滑らかで連続的な量子振動を清潔でデジタルのような離散状態に翻訳し、エラーを見つけやすくし、修正しやすくなり、重要なことに、非常にコンパクトな方法が論理的なキュービットをエンコードできるようにするため、その名前を獲得します。 GKPコード：量子コンピューティング用のロゼッタストーン この不思議なことに名前が付けられたGottesman-Kitaev-Preskill（GKP）コードは、長年にわたって、機能する「論理キット」を生成するために必要な物理的数を大幅に削減するための理論的可能性を提供してきました。複雑さを交換することにより、コードを制御するのが非常に困難になります。 8月21日に公開された研究 自然物理学 これを物理的な現実として実証し、閉じ込められたイオンの自然な振動（イッタービウムの荷電原子）の自然な振動を利用して、GKPコードを保存し、初めて、それらの間の量子絡み合いを実現します。 シドニー大学ナノ研究所のシドニー・ホライゾンの仲間のティンレイ・タン博士が率いる科学者は、閉じ込められたイオンの高調波運動に対する絶妙な制御を使用して、GKP Qubitsのコーディングの複雑さを橋渡しし、絡み合いの実証を可能にしました。 「私たちの実験は、GKPキビットの普遍的な論理ゲートセットの最初の実現を示しています」とタン博士は言いました。 「私たちは、個々のGKPキビットを操作したり、ペアとしてそれらを巻き込むことができるように、閉じ込められたイオンの自然な振動または高調波振動を正確に制御することでこれを行いました。」 量子論理ゲートとソフトウェアの革新 ロジックゲートは、コンピューター（量子およびクラシック）が論理操作を実行できるプログラム可能な情報スイッチです。量子論理ゲートは、Qubitsの絡み合いを使用して、古典的なコンピューティングで使用されるものとまったく異なる種類の運用システムを生成し、量子コンピューターの大きな約束を支えます。 第一著者のヴァシリ・マトソスは、物理学とシドニー・ナノの博士課程の学生です。彼は次のように述べています。「効果的に、2つのエラー修正可能な論理キュービットを単一のトラップイオンに保存し、それらの間の絡み合いを示します。 「私たちは、Q-Ctrlが開発した量子制御ソフトウェアを使用して、量子制御研究所のスピンオフスタートアップ企業であるQ-Ctrlが開発したことを使用して、GKP論理Qubitsの歪みを最小限に抑える量子ゲートを設計する物理ベースのモデルを使用して、量子情報の処理中にGKPコードの繊細な構造を維持します。」 量子技術のマイルストーン Matsos氏がしたことは、単一の原子の2つの「量子振動」を絡ませることです。閉じ込められた原子は3次元で振動します。各次元の動きは量子力学によって記述され、それぞれが「量子状態」と見なされます。これらの量子状態のうち2つをQubitsとして実現することにより、Matsos氏は量子技術のマイルストーンである単一の原子のみを使用して論理ゲートを作成しました。 この結果は、これらのロジックゲートを作成するために必要な量子ハードウェアを大幅に削減し、量子機械をプログラムできるようにします。 Tan博士は次のように述べています。「GKPエラー修正コードは、量子コンピューターのスケーリングのリソースオーバーヘッドチャレンジに対処するためのハードウェアの要求の減少を長い間約束してきました。実験は重要なマイルストーンを達成し、これらの高品質の量子コントロールが1つの論理的なキットを操作する重要なツールを提供することを実証しました。 「これらのキュービットを使用してユニバーサル量子ゲートを実証することにより、高度なハードウェア効率の良い方法で大規模な量子情報処理に向けて取り組むための基盤があります。」 論文で説明されている3つの実験で、タン博士のチームは、ポールトラップとして知られているものに含まれる単一のイッテルビウムイオンを使用しました。これにより、室温の複雑なレーザーアレイを使用してトラップに単一の原子を保持し、その自然な振動を制御および利用して複雑なGKPコードを生成できます。 この研究は、量子論理ゲートを物理的数を減らしてQubitsの数を減らして開発できるという重要な実証を表しています。 著者は、競合する利益はないと宣言しています。オーストラリア研究評議会、シドニーホライズンフェローシップ、米国海軍研究局、米国陸軍研究局、米国科学研究局、ロッキードマーティン、シドニーQUANTUMアカデミー、H。およびA.ハーレーからの民間資金から資金が受け取られました。 #科学者は単一の原子に隠された量子コードをひび割れしました