論文の概要: Fault-tolerant operation of a logical qubit in a diamond quantum processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.01646v1
• Date: Tue, 3 Aug 2021 17:39:25 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-20 00:35:58.130464
• Title: Fault-tolerant operation of a logical qubit in a diamond quantum processor
• Title（参考訳）: ダイヤモンド量子プロセッサにおける論理量子ビットのフォールトトレラント演算
• Authors: M. H. Abobeih, Y. Wang, J. Randall, S. J. H. Loenen, C. E. Bradley, M. Markham, D. J. Twitchen, B. M. Terhal, T. H. Taminiau
• Abstract要約: ダイヤモンド中のスピン量子ビットを用いた論理量子ビット上のフォールトトレラント動作を実演する。 論理量子ビットレベルでのフォールトトレラントプロトコルの実現は、大規模量子情報処理の鍵となるステップである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.21670084965090575
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Solid-state spin qubits are a promising platform for quantum computation and quantum networks. Recent experiments have demonstrated high-quality control over multi-qubit systems, elementary quantum algorithms and non-fault-tolerant error correction. Large-scale systems will require using error-corrected logical qubits that are operated fault-tolerantly, so that reliable computation is possible despite noisy operations. Overcoming imperfections in this way remains a major outstanding challenge for quantum science. Here, we demonstrate fault-tolerant operations on a logical qubit using spin qubits in diamond. Our approach is based on the 5-qubit code with a recently discovered flag protocol that enables fault-tolerance using a total of seven qubits. We encode the logical qubit using a novel protocol based on repeated multi-qubit measurements and show that it outperforms non-fault-tolerant encoding schemes. We then fault-tolerantly manipulate the logical qubit through a complete set of single-qubit Clifford gates. Finally, we demonstrate flagged stabilizer measurements with real-time processing of the outcomes. Such measurements are a primitive for fault-tolerant quantum error correction. While future improvements in fidelity and the number of qubits will be required, our realization of fault-tolerant protocols on the logical-qubit level is a key step towards large-scale quantum information processing based on solid-state spins.
• Abstract（参考訳）: 固体スピン量子ビットは量子計算と量子ネットワークのための有望なプラットフォームである。 最近の実験では、マルチキュービットシステム、基本量子アルゴリズム、非フォールトトレラント誤差補正に対する高品質な制御が実証されている。 大規模システムでは誤り訂正論理量子ビットをフォールトトレラントに動作させる必要があり、ノイズのある操作にもかかわらず信頼性の高い計算が可能となる。 このような不完全性を克服することは、量子科学にとって大きな課題である。 ここでは,ダイヤモンド中のスピン量子ビットを用いた論理量子ビット上の耐故障動作を示す。 提案手法は,最近発見されたフラッグプロトコルを用いて,合計7キュービットの耐故障性を実現する5キュービット符号に基づく。 繰り返しマルチキュービット計測に基づく新しいプロトコルを用いて論理キュービットを符号化し,非フォールトトレラント符号化方式よりも優れていることを示す。 次に、単一キュービットクリフォードゲートの完全なセットを通して論理キュービットをフォールトトレラントに操作します。 最後に,結果のリアルタイム処理によるフラグ付き安定度測定を示す。 このような測定は、フォールトトレラントな量子誤差補正のプリミティブである。 将来の忠実性と量子ビット数の改善が必要となるが、論理量子ビットレベルでのフォールトトレラントプロトコルの実現は、固体スピンに基づく大規模量子情報処理への重要な一歩である。

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