Q-CTRLは、完全な論理的エンコーディングを必要としない量子誤り訂正（QEC）プリミティブを統合し、超伝導プロセッサ上での量子演算の忠実度とスケールを改善する2つの技術的進歩を発表しました。これらの成果には、高忠実度の長距離CNOT量子ゲートの実装と、最大75量子ビットにわたる多体もつれGHZ状態の生成が含まれます。
最初のデモンストレーションでは、Q-CTRLはGHZ状態のユニタリ準備と絡み合い解消に基づくプロトコルを使用して、長距離CNOT量子ゲートを実行しました。このアプローチは選択された量子ビットの最終状態を通じて誤差を明らかにし、40格子サイトにわたって85%以上の忠実度を達成し、これまでに報告された超伝導方式を上回る性能を示しました。
2番目のデモンストレーションでは、最大9個のフラグ量子ビットを介した疎な誤り検出を組み込んだ低オーバーヘッドのルーチンを使用してGHZ状態を生成しました。多量子コヒーレンス（MQC）忠実度を用いて検証されたこの実験では、75量子ビットのGHZ状態が真の多体もつれを伴って生成されました。破棄率は大幅に低減され、27量子ビット状態では80%以上、75量子ビット状態では21%以上のショットが保持されました。
これらの結果は、完全な論理量子ビットアーキテクチャに依存せずに物理レベルでQECプリミティブを実装することで、最小限のリソースオーバーヘッドで即座の性能向上が得られることを示唆しています。開発されたプロトコルは現世代の量子プロセッサと互換性があり、実世界のアプリケーションにおける初期段階の量子優位性に貢献する可能性があります。
背景
超伝導プロセッサにおける「CNOT量子ゲート」は、2つの量子ビット間の演算を指します。1つのビットの状態にもう1つのビットの状態を依存させることで、量子計算の基本的な論理操作を実現します。今回の技術では、離れた位置にある量子ビット間でも高い精度（忠実度）でこの操作を実行することに成功しました。
「GHZ状態」とは、複数の量子ビットが強く絡み合った特殊な状態のことです。この状態では、すべての量子ビットが単一の量子系のように振る舞い、どれか一つを測定すれば他のすべての状態が即座に決まります。最大75量子ビットという大規模な系でこの状態を生成し、真の多体もつれを確認したことは、量子コンピュータのスケール拡大における重要な進展です。
「量子誤り訂正（QEC）」は、量子ビットが持つ脆弱な情報（ノイズによる誤り）を修正する技術です。通常は完全な論理量子ビット構成が必要とされますが、今回のアプローチは「プリミティブ」と呼ばれる最小限の要素を組み合わせて、誤りを検出・抑制します。これにより、膨大な追加リソース（オーバーヘッド）を最小限に抑えつつ、既存のハードウェアの性能を向上させることが可能になります。
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2025年5月29日
