論文の概要: Autonomous quantum error correction beyond break-even and its metrological application
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.26042v1
- Date: Tue, 30 Sep 2025 10:16:57 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-01 14:45:00.097477
- Title: Autonomous quantum error correction beyond break-even and its metrological application
- Title（参考訳）: 破れ点を超える自律的量子誤差補正とその気象学的応用
- Authors: Zhongchu Ni, Ling Hu, Yanyan Cai, Libo Zhang, Jiasheng Mai, Xiaowei Deng, Pan Zheng, Song Liu, Shi-Biao Zheng, Yuan Xu, Dapeng Yu,
- Abstract要約: 本稿では,回路量子力学系における非破壊的AQECの実証について述べる。
AQEC保護の下では、論理量子ビットはシステムで利用可能な最高の物理量子ビットの18%を超える寿命を達成している。
これらの結果は,AQEC法がフォールトトレラント量子計算の重要なステップであるだけでなく,堅牢な量子センサを構築する上でのメリットも示している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 17.911199662649967
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The ability to extend the lifetime of a logical qubit beyond that of the best physical qubit available within the same system, i.e., the break-even point, is a prerequisite for building practical quantum computers. So far, this point has been exceeded through active quantum error correction (QEC) protocols, where a logical error is corrected by measuring its syndrome and then performing an adaptive correcting operation. Autonomous QEC (AQEC), without the need for such resource-consuming measurement-feedback control, has been demonstrated in several experiments, but none of which has unambiguously reached the break-even point. Here, we present an unambiguous demonstration of beyond-break-even AQEC in a circuit quantum electrodynamics system, where a photonic logical qubit encoded in a superconducting microwave cavity is protected against photon loss through autonomous error correction, enabled by engineered dissipation. Under the AQEC protection, the logical qubit achieves a lifetime surpassing that of the best physical qubit available in the system by 18\%. We further employ this AQEC protocol to enhance the precision for measuring a slight frequency shift, achieving a metrological gain of 6.3 dB over that using the most robust Fock-state superposition. These results illustrate that the demonstrated AQEC procedure not only represents a crucial step towards fault-tolerant quantum computation but also offers advantages for building robust quantum sensors.
- Abstract（参考訳）: 論理量子ビットの寿命を、同じシステム内で利用可能な最高の物理量子ビットの寿命を超えて延長する能力、すなわち破れ点(break-even point)は、実用的な量子コンピュータを構築するための前提条件である。
これまでのところ、この点は能動量子誤差補正(QEC)プロトコルによって超えられ、そこでは論理誤差をそのシンドロームを測定して適応的な修正操作を行う。
このようなリソース消費測定フィードバック制御を必要としない自律型QEC(AQEC)は、いくつかの実験で実証されているが、いずれも明らかに破壊点に達していない。
ここでは、超伝導マイクロ波空洞に符号化されたフォトニック論理量子ビットを、自律的誤差補正により光子損失から保護する回路量子力学系において、非破壊的AQECの非破壊的実証を示す。
AQEC保護の下では、論理量子ビットはシステムで利用可能な最高の物理量子ビットの18%を超える寿命を達成している。
さらに、このAQECプロトコルを用いて、わずかな周波数シフトを測定する精度を高め、最もロバストなフォック状態の重ね合わせを用いて6.3dBのメトロジーゲインを達成する。
これらの結果は,AQEC法がフォールトトレラント量子計算の重要なステップであるだけでなく,堅牢な量子センサを構築する上でのメリットも示している。
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