論文の概要: Demonstration of measurement-free universal fault-tolerant quantum computation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.22600v1
• Date: Fri, 27 Jun 2025 19:51:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-01 21:27:53.479306
• Title: Demonstration of measurement-free universal fault-tolerant quantum computation
• Title（参考訳）: 測定自由な普遍的フォールトトレラント量子計算の実証
• Authors: Friederike Butt, Ivan Pogorelov, Robert Freund, Alex Steiner, Marcel Meyer, Thomas Monz, Markus Müller,
• Abstract要約: トラップイオン量子プロセッサ上での中間回路計測を行わずに、フォールトトレラントな論理演算の普遍的なツールボックスを提案し、実験的に実証する。 我々は,3つの論理量子ビットをホストする8ビット誤り検出符号に,コヒーレントゲート操作のみで実行可能なフォールトトレラントユニバーサルゲートを実現する。 我々の研究は、実際の実現可能性を示し、測定不要な量子計算のほとんど探索されていない方向への第一歩を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.401588226763
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The ability to perform quantum error correction (QEC) and robust gate operations on encoded qubits opens the door to demonstrations of quantum algorithms. Contemporary QEC schemes typically require mid-circuit measurements with feed-forward control, which are challenging for qubit control, often slow, and susceptible to relatively high error rates. In this work, we propose and experimentally demonstrate a universal toolbox of fault-tolerant logical operations without mid-circuit measurements on a trapped-ion quantum processor. We present modular logical state teleportation between two four-qubit error-detecting codes without measurements during algorithm execution. Moreover, we realize a fault-tolerant universal gate set on an eight-qubit error-detecting code hosting three logical qubits, based on state injection, which can be executed by coherent gate operations only. We apply this toolbox to experimentally realize Grover's quantum search algorithm fault-tolerantly on three logical qubits encoded in eight physical qubits, with the implementation displaying clear identification of the desired solution states. Our work demonstrates the practical feasibility and provides first steps into the largely unexplored direction of measurement-free quantum computation.
• Abstract（参考訳）: 量子誤り訂正(QEC)と符号化量子ビット上のロバストゲート操作を行う能力は、量子アルゴリズムの実証への扉を開く。 現代のQECスキームは、通常、フィードフォワード制御による中間回路の測定を必要とするが、これはキュービット制御に難題であり、しばしば遅く、比較的高いエラー率に影響を受けやすい。 本研究では,トラップイオン量子プロセッサ上での中間回路計測を行なわずに,フォールトトレラント論理演算の普遍的ツールボックスを提案し,実験的に実証する。 アルゴリズム実行時の測定を伴わない2つの4ビット誤り検出符号間のモジュール式論理状態テレポーテーションを提案する。 さらに,コヒーレントゲート操作のみで実行可能な状態注入に基づく3つの論理量子ビットをホストする8ビット誤り検出符号上に,フォールトトレラントなユニバーサルゲートを実現する。 このツールボックスを用いて、Groverの量子探索アルゴリズムを、8つの物理量子ビットで符号化された3つの論理量子ビットにフォールトトレラントに実現し、所望の解状態の明確な識別を示す。 我々の研究は、実際の実現可能性を示し、測定不要な量子計算のほとんど探索されていない方向への第一歩を提供する。

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