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본 논문은 초전도 양자 프로세서에서 오류 허용 양자 컴퓨팅을 위한 매직 상태 배양 실험 연구를 발표합니다. 자원 소모가 큰 증류 프로토콜의 효율적인 대안인 이 과정은, 코딩 스위칭과 결합하여 구현되었습니다. 연구진은 오차를 40배 감소시키고 높은 상태 충실도를 달성하며 양자 컴퓨팅 난제 해결에 기여했음을 입증했습니다.
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요약:
오류 허용 양자 컴퓨팅(Fault-tolerant quantum computing)은 범용 게이트 세트(universal gate set)를 필요로 하지만, 필요한 비(非)-클리포드 게이트는 대부분의 양자 오류 수정 아키텍처에 상당한 자원 비용을 나타냅니다. 매직 상태 배양(Magic state cultivation)은 자원이 많이 드는 증류 프로토콜(distillation protocols)에 대한 효율적인 대안을 제공합니다. 하지만 이 제안의 가정을 테스트하는 것은 양자 메모리 실험과는 어려운 차이점을 제시합니다. 우리는 초전도 양자 프로세서에서 매직 상태 배양에 대한 실험 연구를 발표합니다. 우리는 표면 코드(surface code)로 전환하는 코딩 스위칭을 포함하여 배양을 구현하고, 매직 상태 충실도(magic state fidelity)의 상한을 설정하기 위한 오류 허용 측정 프로토콜을 개발했습니다. 이 배양 과정은 오차를 40배 감소시키며, 0.9999(1)의 상태 충실도를 보였습니다 (시도의 8% 유지). 우리의 결과는 매직 상태 배양이 양자 컴퓨팅이 직면한 가장 중요한 과제 중 하나에 대한 실행 가능한 해결책임을 실험적으로 입증합니다.
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