論文の概要: Roadmap to fault tolerant quantum computation using topological qubit arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.12252v1
• Date: Mon, 17 Feb 2025 19:00:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-19 14:06:00.461454
• Title: Roadmap to fault tolerant quantum computation using topological qubit arrays
• Title（参考訳）: トポロジカル量子ビットアレイを用いたフォールトトレラント量子計算
• Authors: David Aasen, Morteza Aghaee, Zulfi Alam, Mariusz Andrzejczuk, Andrey Antipov, Mikhail Astafev, Lukas Avilovas, Amin Barzegar, Bela Bauer, Jonathan Becker, Juan M. Bello-Rivas, Umesh Bhaskar, Alex Bocharov, Srini Boddapati, David Bohn, Jouri Bommer, Parsa Bonderson, Jan Borovsky, Leo Bourdet, Samuel Boutin, Tom Brown, Gary Campbell, Lucas Casparis, Srivatsa Chakravarthi, Rui Chao, Benjamin J. Chapman, Sohail Chatoor, Anna Wulff Christensen, Patrick Codd, William Cole, Paul Cooper, Fabiano Corsetti, Ajuan Cui, Wim van Dam, Tareq El Dandachi, Sahar Daraeizadeh, Adrian Dumitrascu, Andreas Ekefjärd, Saeed Fallahi, Luca Galletti, Geoff Gardner, Raghu Gatta, Haris Gavranovic, Michael Goulding, Deshan Govender, Flavio Griggio, Ruben Grigoryan, Sebastian Grijalva, Sergei Gronin, Jan Gukelberger, Jeongwan Haah, Marzie Hamdast, Esben Bork Hansen, Matthew Hastings, Sebastian Heedt, Samantha Ho, Justin Hogaboam, Laurens Holgaard, Kevin Van Hoogdalem, Jinnapat Indrapiromkul, Henrik Ingerslev, Lovro Ivancevic, Sarah Jablonski, Thomas Jensen, Jaspreet Jhoja, Jeffrey Jones, Kostya Kalashnikov, Ray Kallaher, Rachpon Kalra, Farhad Karimi, Torsten Karzig, Seth Kimes, Vadym Kliuchnikov, Maren Elisabeth Kloster, Christina Knapp, Derek Knee, Jonne Koski, Pasi Kostamo, Jamie Kuesel, Brad Lackey, Tom Laeven, Jeffrey Lai, Gijs de Lange, Thorvald Larsen, Jason Lee, Kyunghoon Lee, Grant Leum, Kongyi Li, Tyler Lindemann, Marijn Lucas, Roman Lutchyn, Morten Hannibal Madsen, Nash Madulid, Michael Manfra, Signe Brynold Markussen, Esteban Martinez, Marco Mattila, Jake Mattinson, Robert McNeil, Antonio Rodolph Mei, Ryan V. Mishmash, Gopakumar Mohandas, Christian Mollgaard, Michiel de Moor, Trevor Morgan, George Moussa, Anirudh Narla, Chetan Nayak, Jens Hedegaard Nielsen, William Hvidtfelt Padkær Nielsen, Frédéric Nolet, Mike Nystrom, Eoin O'Farrell, Keita Otani, Adam Paetznick, Camille Papon, Andres Paz, Karl Petersson, Luca Petit, Dima Pikulin, Diego Olivier Fernandez Pons, Sam Quinn, Mohana Rajpalke, Alejandro Alcaraz Ramirez, Katrine Rasmussen, David Razmadze, Ben Reichardt, Yuan Ren, Ken Reneris, Roy Riccomini, Ivan Sadovskyy, Lauri Sainiemi, Juan Carlos Estrada Saldaña, Irene Sanlorenzo, Simon Schaal, Emma Schmidgall, Cristina Sfiligoj, Marcus P. da Silva, Sarat Sinha, Mathias Soeken, Patrick Sohr, Tomas Stankevic, Lieuwe Stek, Patrick Strøm-Hansen, Eric Stuppard, Aarthi Sundaram, Henri Suominen, Judith Suter, Satoshi Suzuki, Krysta Svore, Sam Teicher, Nivetha Thiyagarajah, Raj Tholapi, Mason Thomas, Dennis Tom, Emily Toomey, Josh Tracy, Matthias Troyer, Michelle Turley, Matthew D. Turner, Shivendra Upadhyay, Ivan Urban, Alexander Vaschillo, Dmitrii Viazmitinov, Dominik Vogel, Zhenghan Wang, John Watson, Alex Webster, Joseph Weston, Timothy Williamson, Georg W. Winkler, David J. van Woerkom, Brian Paquelet Wütz, Chung Kai Yang, Richard Yu, Emrah Yucelen, Jesús Herranz Zamorano, Roland Zeisel, Guoji Zheng, Justin Zilke, Andrew Zimmerman,
• Abstract要約: 本稿では、耐雑音性、トポロジカルに保護されたMajoranaベースの量子ビットに基づく、フォールトトレラントな量子コンピューティングアーキテクチャに向けたデバイスロードマップについて述べる。 当社のロードマップは,測定ベースのクビットベンチマークプロトコルを実現する単一キュービットデバイスと,測定ベースのブレイディングを用いて1キュービットのクリフォード演算を行う2キュービットデバイスと,論理キュービット上で行う場合の2キュービット操作の改善を示すために使用可能な8キュービットデバイスと,の4世代にわたる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 37.024540100400536
• License:
• Abstract: We describe a concrete device roadmap towards a fault-tolerant quantum computing architecture based on noise-resilient, topologically protected Majorana-based qubits. Our roadmap encompasses four generations of devices: a single-qubit device that enables a measurement-based qubit benchmarking protocol; a two-qubit device that uses measurement-based braiding to perform single-qubit Clifford operations; an eight-qubit device that can be used to show an improvement of a two-qubit operation when performed on logical qubits rather than directly on physical qubits; and a topological qubit array supporting lattice surgery demonstrations on two logical qubits. Devices that enable this path require a superconductor-semiconductor heterostructure that supports a topological phase, quantum dots and coupling between those quantum dots that can create the appropriate loops for interferometric measurements, and a microwave readout system that can perform fast, low-error single-shot measurements. We describe the key design components of these qubit devices, along with the associated protocols for demonstrations of single-qubit benchmarking, Clifford gate execution, quantum error detection, and quantum error correction, which differ greatly from those in more conventional qubits. Finally, we comment on implications and advantages of this architecture for utility-scale quantum computation.
• Abstract（参考訳）: 本稿では、耐雑音性、トポロジカルに保護されたMajoranaベースの量子ビットに基づく、フォールトトレラントな量子コンピューティングアーキテクチャに向けた具体的なデバイスロードマップについて述べる。 我々のロードマップは、測定ベースのクビットベンチマークプロトコルを可能にする単一キュービットデバイス、測定ベースのブレイディングを使用して1量子クビット演算を行う2キュービットデバイス、物理クビットを直接ではなく論理クビットで行う場合の2キュービット操作の改善を示すために使用できる8キュービットデバイス、および2つの論理クビットでの格子手術デモをサポートするトポロジカルクビットアレイである。 この経路を実現するデバイスには、トポロジカルフェーズ、量子ドット、干渉測定に適したループを生成する量子ドット間の結合をサポートする超伝導体-半導体ヘテロ構造と、高速で低エラーの単発測定を行うマイクロ波リードアウトシステムが必要である。 これらの量子ビットデバイスの主要な設計要素について述べるとともに、単一量子ビットのベンチマーク、クリフォードゲートの実行、量子エラー検出、量子誤り訂正の実証のためのプロトコルについて述べる。 最後に、実用規模量子計算におけるこのアーキテクチャの意義と利点について述べる。

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