論文の概要: High-fidelity operation and algorithmic initialisation of spin qubits above one kelvin

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.02111v2
• Date: Fri, 18 Aug 2023 04:51:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2023-08-21 22:23:52.300675
• Title: High-fidelity operation and algorithmic initialisation of spin qubits above one kelvin
• Title（参考訳）: 1ケルビン上のスピン量子ビットの高忠実度演算とアルゴリズム初期化
• Abstract要約: 我々は1ケルビン以上のシリコンでスピン量子ビットを調整し、動作させ、そのような温度での耐故障操作に必要な範囲の忠実度を持つ。 我々は1量子クリフォードゲート忠実度99.85パーセント、および2量子ゲート忠実度98.92パーセントを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2398431050362945
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The encoding of qubits in semiconductor spin carriers has been recognised as a promising approach to a commercial quantum computer that can be lithographically produced and integrated at scale. However, the operation of the large number of qubits required for advantageous quantum applications will produce a thermal load exceeding the available cooling power of cryostats at millikelvin temperatures. As the scale-up accelerates, it becomes imperative to establish fault-tolerant operation above 1 kelvin, where the cooling power is orders of magnitude higher. Here, we tune up and operate spin qubits in silicon above 1 kelvin, with fidelities in the range required for fault-tolerant operation at such temperatures. We design an algorithmic initialisation protocol to prepare a pure two-qubit state even when the thermal energy is substantially above the qubit energies, and incorporate radio-frequency readout to achieve fidelities up to 99.34 per cent for both readout and initialisation. Importantly, we demonstrate a single-qubit Clifford gate fidelity of 99.85 per cent, and a two-qubit gate fidelity of 98.92 per cent. These advances overcome the fundamental limitation that the thermal energy must be well below the qubit energies for high-fidelity operation to be possible, surmounting a major obstacle in the pathway to scalable and fault-tolerant quantum computation.
• Abstract（参考訳）: 半導体スピンキャリアにおける量子ビットの符号化は、大規模にリソグラフィで生成・統合できる商用量子コンピュータへの有望なアプローチとして認識されている。 しかし、有利な量子応用に必要な多くの量子ビットの演算は、ミリケルビン温度で利用可能なクライオスタットの冷却能力を超える熱負荷を発生させる。 スケールアップが加速するにつれて、1ケルビン以上のフォールトトレラントな動作を確立することが必須となり、冷却電力は桁違いに高い。 ここでは、1ケルビン以上のシリコンでスピン量子ビットをチューニングし、その温度でフォールトトレラントな操作に必要な範囲のフィディリティを演算する。 熱エネルギーがキュービットエネルギーよりもかなり高い場合でも、純粋な2量子状態を作成するためのアルゴリズム初期化プロトコルを設計し、読み出しと初期化の両方で99.34パーセントの忠実性を達成するために高周波リードアウトを組み込む。 重要なことに、シングルキュービットのクリフォードゲート忠実度は99.85パーセント、2キュービットゲート忠実度は98.92パーセントである。 これらの進歩は、熱エネルギーが高忠実度演算が可能なクビットエネルギーのかなり下にある必要があるという根本的な制限を克服し、スケーラブルでフォールトトレラントな量子計算への経路において大きな障害を克服している。

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