論文の概要: Demonstrating a universal logical gate set on a superconducting quantum processor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.09035v2
- Date: Tue, 26 Nov 2024 09:50:55 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-27 13:31:47.819331
- Title: Demonstrating a universal logical gate set on a superconducting quantum processor
- Title（参考訳）: 超伝導量子プロセッサ上の普遍論理ゲートのデモ
- Authors: Jiaxuan Zhang, Zhao-Yun Chen, Yun-Jie Wang, Bin-Han Lu, Hai-Feng Zhang, Jia-Ning Li, Peng Duan, Yu-Chun Wu, Guo-Ping Guo,
- Abstract要約: 超伝導量子プロセッサWuitkongを用いて,距離2の表面コード上に任意の1量子ビット回転ゲートを持つ論理CNOTゲートを実験的に実装した。
我々は論理的ベル状態のフォールトトレラントな準備とCHSH不等式違反の観察を行い、論理的量子ビット間の絡み合いを確認した。
普遍論理ゲートセットと絡み合った論理状態のデモンストレーションは、超伝導量子プロセッサにおけるFTQCの重要な側面を強調している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.391691829693226
- License:
- Abstract: Fault-tolerant quantum computing (FTQC) is essential for achieving large-scale practical quantum computation. Implementing arbitrary FTQC requires the execution of a universal gate set on logical qubits, which is highly challenging. Particularly, in the superconducting system, two-qubit gates on surface code logical qubits have not been realized. Here, we experimentally implement a logical CNOT gate along with arbitrary single-qubit rotation gates on distance-2 surface codes using the superconducting quantum processor \textit{Wukong}, thereby demonstrating a universal logical gate set. In the experiment, we demonstrate the transversal CNOT gate on a two-dimensional topological processor based on a tailored encoding circuit, at the cost of removing the ancilla qubits required for stabilizer measurements. Furthermore, we fault-tolerantly prepare logical Bell states and observe a violation of CHSH inequality, confirming the entanglement between logical qubits. Using the logical CNOT gate and an ancilla logical state, arbitrary single-qubit rotation gates are realized through gate teleportation. All logical gates are characterized on a complete state set and their fidelities are evaluated by logical Pauli transfer matrices. The demonstration of a universal logical gate set and the entangled logical states highlights significant aspects of FTQC on superconducting quantum processors.
- Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)は,大規模量子計算の実現に不可欠である。
任意のFTQCを実装するには論理量子ビット上の普遍ゲートセットの実行が必要であるが、これは非常に難しい。
特に超伝導系では、表面符号論理量子ビット上の2量子ゲートは実現されていない。
ここでは, 超伝導量子プロセッサ \textit{Wukong} を用いて, 距離2曲面符号上の任意の1量子ビット回転ゲートとともに論理CNOTゲートを実験的に実装し, 普遍論理ゲートを実証する。
実験では,2次元トポロジカルプロセッサ上での2次元CNOTゲートを,スタビライザ測定に必要なアンシラ量子ビットの除去に要するコストで実証した。
さらに、論理的ベル状態のフォールトトレラントな準備を行い、CHSH不等式違反を観察し、論理的量子ビット間の絡み合いを確認する。
論理CNOTゲートとアンシラ論理状態を用いて、ゲートテレポーテーションにより任意の単一ビット回転ゲートを実現する。
すべての論理ゲートは完全な状態集合に特徴づけられ、それらの忠実度は論理的なパウリ転移行列によって評価される。
普遍論理ゲートセットと絡み合った論理状態のデモンストレーションは、超伝導量子プロセッサにおけるFTQCの重要な側面を強調している。
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