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2022年11月の研究論文・ハードウェア編

By Dr. Chris Mansell


Hardware



Title: Robust multi-qubit quantum network node with integrated error detection(誤り検出機能を内蔵したロバストなマルチ量子ビット量子ネットワークノード)

Organizations: Harvard University; AWS; Delft University of Technology; Universität Hamburg; The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging


量子中継器は長距離量子通信や量子インターネットに重要な役割を果たす。それは、エンタングルメントの分配、エンタングルメントのスワップ、エンタングルメントの浄化を行う装置である。そのために、光子とのインタフェースを効率的に行い、記憶時間を長く保つことが重要だ。この論文では、ダイヤモンドのナノフォトニック空洞内のシリコン空孔中心が、2秒以上のメモリを持ち、1.5ケルビンまでの温度で電子-光子もつれ合いゲート、4.3ケルビンまでの温度で原子核-光子もつれ合いゲートができることを実現した。これは、スケーラブルな量子中継器の開発にとって重要なステップであろう。



Title: Unimon qubit

Organizations: IQM; Aalto University; VTT Technical Research Centre of Finland Ltd.; QTF Centre of Excellence


トランスモン量子ビットとフルクソニウム量子ビットは、最も一般的な超伝導量子ビットの2つ。トランスモン量子ビットは、ジョセフソン接合とシャントキャパシタの並列接続で構成されている。フラクソニウム量子ビットは、インダクタを追加することで開発された。本論文では、誘導エネルギーとジョセフソンエネルギーがともに、コンデンサのエネルギーの約100倍である「ユニモン」量子ビットを紹介している。この設計は、多くの望ましい特性を導く。13ナノ秒の高忠実度単一量子ビットゲートが実証された。今後の課題は、誘電損失を低減することだ。



Title: Hardware optimized parity check gates for superconducting surface codes(超伝導 surface codeのためのハードウェア最適化パリティチェックゲート)

Organizations: Rigetti Computing; Goldman, Sachs & Co.


フォールトトレラント量子計算を実現する1つの方法は、計算ハードウェアと誤り訂正ソフトウェアを共同設計することである。本論文は、超伝導トランスモン量子ビット間の多体相互作用に基づく5量子ビット論理ゲートの設計について述べている。このゲートは、surface code 誤り訂正プロトコルにおけるスタビライザー型の測定に使用するために調整されている。新しい「ハードウェア最適化パリティ」ゲートのシミュレーションを行い、誤り訂正の閾値の改善を確認し、この手法の有用性を強く示した。



Title: Scalable algorithm simplification using quantum AND logic(量子AND論理を使用したスケーラブルなアルゴリズムの単純化)

Organizations: Southern University of Science and Technology, Shenzhen; International Quantum Academy, Shenzhen; Chinese Academy of Sciences; University of Chinese Academy of Sciences


量子計算は、ユニバーサルゲート集合から取り出した1量子ビットと2量子ビットのゲート列に分解されるのが一般的だ。しかし他にも、アンシラ量子ビットやマルチ量子ビット論理ゲート、補助的な量子状態を用いる方式も研究されている。目標は、与えられたハードウェアに対してリソース効率の良い量子回路をコンパイルすることである。本論文では、グローバーのアルゴリズムを、情報の一時保存に余分な量子状態を用いる高忠実度ゲートの低深度回路として表現する。このアルゴリズムは、超伝導量子プロセッサー上で実行されたが、他の量子コンピューティングプラットフォームにもそのまま適用することができる。



Title: Demonstration of a Quantum Gate Using Electromagnetically Induced Transparency(電磁誘導透明化現象を用いた量子ゲートの実証)

Organization: University of Strathclyde


電磁誘導透明現象(EIT)は、3準位量子系における遷移の干渉を伴うコヒーレントな現象である。2009年、EITとリュードベリ遮断を使用して、中性原子アレイに高忠実度のマルチ量子ビットゲートを実装する理論的提案がなされた。今回の論文は、この方式を実験的に実証したものである。結果としては、レーザーの出力と位相ノイズによって、達成忠実度が制限されることになった。もし、レーザーシステムを改良する既知の方法を使用できれば、このゲートはさまざまな量子プロトコルに利用できるだろう。


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