論文の概要: Logical quantum processor based on reconfigurable atom arrays
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.03982v1
- Date: Thu, 7 Dec 2023 01:54:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2023-12-08 16:26:40.577723
- Title: Logical quantum processor based on reconfigurable atom arrays
- Title（参考訳）: 再構成可能な原子配列に基づく論理量子プロセッサ
- Abstract要約: 本稿では,最大280個の物理量子ビットで動作する符号化論理量子ビットに基づくプログラマブル量子プロセッサの実現について報告する。
結果は、早期の誤り訂正量子計算の出現を物語っている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 27.489364850707926
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Suppressing errors is the central challenge for useful quantum computing,
requiring quantum error correction for large-scale processing. However, the
overhead in the realization of error-corrected ``logical'' qubits, where
information is encoded across many physical qubits for redundancy, poses
significant challenges to large-scale logical quantum computing. Here we report
the realization of a programmable quantum processor based on encoded logical
qubits operating with up to 280 physical qubits. Utilizing logical-level
control and a zoned architecture in reconfigurable neutral atom arrays, our
system combines high two-qubit gate fidelities, arbitrary connectivity, as well
as fully programmable single-qubit rotations and mid-circuit readout. Operating
this logical processor with various types of encodings, we demonstrate
improvement of a two-qubit logic gate by scaling surface code distance from d=3
to d=7, preparation of color code qubits with break-even fidelities,
fault-tolerant creation of logical GHZ states and feedforward entanglement
teleportation, as well as operation of 40 color code qubits. Finally, using
three-dimensional [[8,3,2]] code blocks, we realize computationally complex
sampling circuits with up to 48 logical qubits entangled with hypercube
connectivity with 228 logical two-qubit gates and 48 logical CCZ gates. We find
that this logical encoding substantially improves algorithmic performance with
error detection, outperforming physical qubit fidelities at both cross-entropy
benchmarking and quantum simulations of fast scrambling. These results herald
the advent of early error-corrected quantum computation and chart a path toward
large-scale logical processors.
- Abstract（参考訳）: エラーの抑制は有用な量子コンピューティングの中心的な課題であり、大規模な処理には量子誤差補正を必要とする。
しかし、情報の冗長性のために多くの物理キュービットにわたってエンコードされる誤り訂正された「論理」キュービットの実現におけるオーバーヘッドは、大規模な論理量子コンピューティングにとって大きな課題となる。
本稿では,最大280個の物理量子ビットで動作する符号化論理量子ビットに基づくプログラマブル量子プロセッサの実現について報告する。
論理レベル制御とゾーンアーキテクチャを再構成可能な中性原子配列に応用し,高い2量子ゲート特性,任意の接続性,プログラム可能なシングルキュービット回転,中間回路の読み出しを両立させる。
この論理プロセッサを多種多様なエンコーディングで動作させ,d=3からd=7までの曲面符号距離のスケーリングによる2ビット論理ゲートの改良,不均質なカラーコードキュービットの作成,論理GHZ状態のフォールトトレラント生成,フィードフォワードエンタングルメントテレポーテーション,および40カラーコードキュービットの動作を実演する。
最後に, 3次元 [8,3,2] 符号ブロックを用いて, 228個の論理2量子ゲートと48個の論理cczゲートとのハイパーキューブ接続により, 最大48個の論理キュービットが絡み合った計算複雑なサンプリング回路を実現する。
この論理エンコーディングは誤り検出によるアルゴリズムの性能を大幅に向上し、クロスエントロピーベンチマークと高速スクランブルの量子シミュレーションの両方において物理量子ビットのフィデリティを上回っている。
これらの結果は、早期の誤り訂正量子計算の出現と、大規模論理プロセッサへの道筋を示すものである。
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