量子誤り訂正 (QEC) [1,2] 大規模量子コンピュータの実現に不可欠 [3,4]。ただし、エンコードされた「論理」量子ビットの操作は複雑であるため、 [5,6]フォールトトレラントな量子デバイスを構築し、それらを効率的なアーキテクチャに組み合わせるための物理原理を理解することは、顕著な科学的課題です。ここでは、最大 448 個の中性原子の再構成可能なアレイを利用して、ユニバーサルでフォールトトレラントな量子処理アーキテクチャの主要な要素を実装し、その基礎となる動作メカニズムを実験的に調査します。まず表面コードを使用して、QEC の繰り返しがエラーをどのように抑制するかを研究します。 [6,7]、原子損失検出と機械学習デコードを活用することにより、4 ラウンド特性評価回路で 2.14(13)x 閾値未満のパフォーマンスを実証 [8,9]。次に、トランスバーサルゲートと格子手術を使用して論理的もつれを調査します [10–12]、そして 3D による横テレポートを通じてそれを普遍的なロジックに拡張します。 [[15,1,3]]コード [13,14]、多対数オーバーヘッドを伴う任意角度合成を可能にする [5,15]。最後に、回路中の量子ビットの再利用を開発します。 [16]、実験サイクルレートを 2 桁増加させ、数十の論理量子ビットと数百の論理テレポートを備えたディープサーキットプロトコルを可能にします。 [17–20] と [[7,1,3]』と高率 [[16,6,4]]内部エントロピーを一定に維持しながらコード化します。私たちの実験は、量子論理とエントロピー除去の間の相互作用、論理ゲートと魔法の状態生成における物理的もつれの賢明な使用、普遍性と物理量子ビットのリセットのためのテレポーテーションの活用など、効率的なアーキテクチャ設計のための重要な原則を明らかにしました。これらの結果は、スケーラブルで普遍的なエラー訂正処理と、中性原子システムを使用したその実際的な実装の基礎を確立します。
#ユニバーサル量子計算のためのフォールトトレラントな中性原子アーキテクチャ