論文の概要: Error correction of a logical qubit encoded in a single atomic ion

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.13908v1
• Date: Tue, 18 Mar 2025 05:10:21 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-19 16:29:12.357564
• Title: Error correction of a logical qubit encoded in a single atomic ion
• Title（参考訳）: 単一原子イオンに符号化された論理量子ビットの誤り補正
• Authors: Kyle DeBry, Nadine Meister, Agustin Valdes Martinez, Colin D. Bruzewicz, Xiaoyang Shi, David Reens, Robert McConnell, Isaac L. Chuang, John Chiaverini,
• Abstract要約: 量子誤り訂正(QEC)は、量子コンピュータが有用なアルゴリズムを実行するために不可欠である。 近年の研究では、単一粒子レベルで誤り訂正を行うための補完的なアプローチが提案されている。 ここでは、QECを単一原子イオンで示し、最大2.2倍の誤差を減少させ、量子ビットの有用な寿命を最大1.5倍に拡張する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum error correction (QEC) is essential for quantum computers to perform useful algorithms, but large-scale fault-tolerant computation remains out of reach due to demanding requirements on operation fidelity and the number of controllable quantum bits (qubits). Traditional QEC schemes involve encoding each logical qubit into multiple physical qubits, requiring a significant overhead in resources and complexity. Recent theoretical work has proposed a complementary approach of performing error correction at the single-particle level by taking advantage of additional available quantum states, potentially reducing QEC overhead. However, this approach has not been demonstrated experimentally, due in part to the difficulty of performing error measurements and subsequent error correction with high fidelity. Here we demonstrate QEC in a single atomic ion that decreases errors by a factor of up to 2.2 and extends the qubit's useful lifetime by a factor of up to 1.5 compared to an unencoded qubit. The qubit is encoded in spin-cat logical states, and we develop a scheme for autonomous error correction that does not require mid-circuit measurements of an ancilla. Our work is applicable to a wide variety of finite-dimensional quantum systems, and such encodings may prove useful either as components of larger QEC codes, or when used alone in few-qubit devices, such as quantum network nodes.
• Abstract（参考訳）: 量子誤り訂正(QEC)は、量子コンピュータが有用なアルゴリズムを実行するために必須であるが、大規模なフォールトトレラント計算は、演算の忠実さと制御可能な量子ビットの数(量子ビット)の要求により到達できない。 従来のQECスキームでは、各論理キュービットを複数の物理キュービットに符号化し、リソースと複雑さに大きなオーバーヘッドを必要とする。 近年の理論的研究は、追加の量子状態を利用して単一粒子レベルで誤り訂正を行うための補完的なアプローチを提案しており、QECオーバーヘッドを減少させる可能性がある。 しかし, 誤差測定の難しさや, その後の高精度な誤差補正の難しさなどにより, 実験的な実験は行われていない。 ここでは、QECを単一原子イオンで示し、最大2.2の係数で誤差を減少させ、量子ビットの有用な寿命を、符号化されていない量子ビットと比較して1.5の係数で拡張する。 量子ビットはスピンキャット論理状態に符号化され,アシラの中間回路計測を必要としない自動誤差補正法を開発した。 我々の研究は、多種多様な有限次元量子システムに適用可能であり、そのような符号化は、より大きなQEC符号の構成要素として、あるいは量子ネットワークノードのような数量子ビットデバイスで単独で用いられる場合にも有用である。

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