最近のQCRで、量子誤り訂正コードを作成するいくつかの研究プロジェクトについて報告してきましたが、完全な耐障害性のある量子コンピュータを実装する上での最も重要な課題の1つは、任意の量子アルゴリズムを実装できる完全な汎用ゲートセットを確実にサポートできることです。特定の誤り訂正コードを使用して論理量子ビットを作成することは一つの課題ですが、それらの量子ビットに対してゲート演算を実行して有用な処理を行うことは別の課題です。 実装が必要なゲートの種類を調べると、クリフォードゲートと非クリフォードゲートの2つのカテゴリーに分類できます。クリフォードゲートセットには、アダマール、CNOT、S（位相ゲート）が含まれます。これらから他の多くの一般的なゲートを合成することができます。しかし、ゴットスマン-クニル定理によると、クリフォードセットは量子アルゴリズムの実行には不十分であり、古典的アルゴリズムに対する量子的優位性も提供できません。完全な優位性を達成するには、Tゲート、トフォリゲート、その他の非クリフォードゲートを実装する必要があります。クリフォード群からのゲートと非クリフォードゲートの両方が利用可能な場合、量子コンピュータは任意の量子アルゴリズムを処理し、古典的な実装よりも高速化を提供できる汎用ゲートセットを持つことになります。 非クリフォードゲートを実装する一般的な技術は、マジックステート蒸留と呼ばれています。しかし、この手法は実装に多くのリソースを必要とし、プロセッサで利用可能な量子ビットの大部分を使用する可能性があります。Quantinuumは、量子誤り訂正のための非クリフォードゲートを作成する2つの異なるアプローチを研究し、それらをイオントラップ量子プロセッサで実証して記録的な論理ゲート忠実度を達成し、この研究を説明する技術論文を発表しました。 最初の論文では、約7 x 10-5の不忠実度でマジックステートを作成し、H1-1プロセッサ上で制御アダマール（CH）と呼ばれる非クリフォードゲートを2.3 x 10-4未満の論理不忠実度で実装しました。これは、エンコードされていない物理的なCHの不忠実度10-3より1桁優れています。このアプローチは[[6,2,2]]コードを使用して2つの|H+⟩マジックステートを準備します。このプロセスでは、結果を測定し、チェックが成功しなかった場合に生成をやり直すための2つの補助量子ビットを使用します。論文の実験結果によると、これは約14.8%の確率で発生しました。将来的には、コードを連結して[[36,4,4]]コードブロックを生成し、10-10から10-14の範囲の不忠実度で4つのマジックステートを生成することができます。ただし、H1-1マシンは20量子ビットしか持っていないため、これはまだ示されていません。より大きなマシンが利用可能になれば、これを実証することが期待されます。 カリフォルニア大学デービス校とサンディア国立研究所の研究者とQuantinuumが共同執筆した2番目の論文では、「コードスイッチング」と呼ばれる技術を使用しています。このコードは最初に[[15,1,3]]量子リード・ミュラーコードを使用して論理Tマジックステートを生成します。しかし、そのコードは他のゲートタイプをサポートしていません。この実証では、チームは他のゲートタイプを実装するために[[7,1,3]]ステーンコードを使用しました。量子リード・ミュラーによって生成された論理T状態は、以下に示す回路による論理的な1ビットテレポーテーションを使用してステーンコードブロックに転送され、完全な汎用ゲートセットを提供します。 この実証はQuantinuumのH2-1プロセッサで実行され、チェック用の6つの補助量子ビットと22のデータ量子ビットを使用しました。このアプローチも補助量子ビットで結果を測定し、初期結果が良くなかった場合にT状態生成をやり直しました。論文で報告された受理率は約82%でした。 Quantinuumは、実際の量子プロセッサ上で良好な性能を持つマジックステートと汎用ゲートセットを作成することにおいて、他のどの組織よりも進んでいます。しかし、この一連のテストは現世代のプロセッサのサイズによって制限されてきました。次のステップは、この作業を拡張して、繰り返し可能な誤り訂正を備えた、より大規模な汎用の完全耐障害性量子コンピュータを構築し、量子誤り訂正を活用して有用な処理を行うことです。 2025年6月27日