特許 7450638 キュービット格子における低減された周波数衝突のための量子コード

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-07

(45)【発行日】2024-03-15

(54)【発明の名称】キュービット格子における低減された周波数衝突のための量子コード

(51)【国際特許分類】

   G06N 10/70 20220101AFI20240308BHJP

   G06N 10/20 20220101ALI20240308BHJP

【ＦＩ】

G06N10/70

G06N10/20

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021562060

(86)(22)【出願日】2020-03-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-06-24

(86)【国際出願番号】 EP2020058801

(87)【国際公開番号】W WO2020216578

(87)【国際公開日】2020-10-29

【審査請求日】2022-08-24

(31)【優先権主張番号】62/838,148

(32)【優先日】2019-04-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/542,094

(32)【優先日】2019-08-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390009531

【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】Ｎｅｗ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｒｏａｄ， Ａｒｍｏｎｋ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １０５０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100112690

【弁理士】

【氏名又は名称】太佐 種一

(72)【発明者】

【氏名】クロス、アンドリュー

(72)【発明者】

【氏名】シャンベラン、クリストファー

(72)【発明者】

【氏名】ガンベッタ、ジェイ、マイケル

(72)【発明者】

【氏名】ハーツバーグ、ジャレッド

(72)【発明者】

【氏名】ヨーデル、テオドール

(72)【発明者】

【氏名】ジュウ、グアンユ

【審査官】多賀 実

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２１－５１６３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００４４５４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第９９７８０２０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】Daniel Litinski et al.，"Combining Topological Hardware and Topological Software: Color Code Quantum Computing with Topological Superconductor Networks"，arXiv.org [online]，arXiv:1704.01589v2，Cornell University，2017年，pp.1-24，[2023.07.12 検索], インターネット:<URL: https://arxiv.org/abs/1704.01589v2>

【文献】James R. Wootton，"Demonstrating non-Abelian braiding of surface code defects in a five qubit experiment"，arXiv.org [online]，arXiv:1609.07774v3，Cornell University，2017年，pp.1-6，[2023.07.12 検索], インターネット:<URL: https://arxiv.org/abs/1609.07774v3>

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｎ １０／００－１０／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

量子コンピュータであって、
量子プロセッサと、誤り訂正デバイスとを備え、前記量子プロセッサは、
六角格子パターンの六角形の頂点にそれぞれが実質的に位置するように、前記六角格子パターンに配置された第１の複数のキュービットと、
前記六角格子パターンの六角形の辺に実質的に沿ってそれぞれが配置された第２の複数のキュービットとを備え、
前記第１の複数のキュービットのそれぞれは、前記第２の複数のキュービットの３つの最近接キュービットに結合され、
前記第２の複数のキュービットのそれぞれは、前記第１の複数のキュービットの２つの最近接キュービットに結合され、
前記第２の複数のキュービットのそれぞれは、制御周波数での制御キュービットであり、
前記第１の複数のキュービットのそれぞれは、制御キュービットが各第１の目標周波数目標キュービットを第２の目標周波数目標キュービットに結合するように、第１の目標周波数または第２の目標周波数の１つでの目標キュービットであり、
前記誤り訂正デバイスは、データ誤りを検出し訂正するように、前記第１および第２の複数のキュービットの前記六角格子パターンに対して動作するように構成される、量子コンピュータ。

【請求項2】

前記第１の複数のキュービットは、補助キュービットであり、前記第２の複数のキュービットは、部分的にデータ・キュービットおよび部分的に補助キュービットである、請求項１に記載の量子コンピュータ。

【請求項3】

前記誤り訂正デバイスは、２つまたは４つのデータ・キュービットが関わる位相反転誤りを測定するＸタイプ・ゲージ回路を備える、請求項２に記載の量子コンピュータ。

【請求項4】

前記Ｘタイプ・ゲージ回路は、入力として目標キュービットと制御キュービットとを有する２キュービット・ゲートを含み、
前記２キュービット・ゲートのそれぞれに対して、前記第１の複数のキュービットの１つは前記目標キュービットであり、前記第２の複数のキュービットの１つは前記制御キュービットである、
請求項３に記載の量子コンピュータ。

【請求項5】

前記誤り訂正デバイスは、２つのデータ・キュービットが関わるビット反転誤りを測定するＺタイプ・ゲージ回路を備える、請求項３又は請求項４に記載の量子コンピュータ。

【請求項6】

前記誤り訂正デバイスは、複数の論理キュービットを、前記第１および第２の複数のキュービットの対応する複数にエンコードする、請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の量子コンピュータ。

【請求項7】

前記誤り訂正デバイスは、２つのデータ・キュービットが関わるビット反転誤りを測定するＺタイプ・ゲージ回路を備える、請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の量子コンピュータ。

【請求項8】

前記Ｚタイプ・ゲージ回路は、入力として目標キュービットと制御キュービットとを有する２キュービット・ゲートを含み、
前記２キュービット・ゲートのそれぞれに対して、前記第１の複数のキュービットの１つは前記目標キュービットであり、前記第２の複数のキュービットの１つは前記制御キュービットである、
請求項７に記載の量子コンピュータ。

【請求項9】

変形六角格子パターンに配置された複数の結合されたキュービットを備える量子プロセッサ上のデータ処理を訂正する方法であって、
複数の論理キュービットを、前記複数の結合されたキュービットの対応する複数にエンコードすることと、
前記複数の結合されたキュービットの２つまたは４つのデータ・キュービットが関わる位相反転誤りのＸタイプ・ゲージ測定を行うこととを含み、
変形六角格子パターンに配置された前記複数の結合されたキュービットは、
前記六角格子パターンの六角形の頂点にそれぞれが実質的に位置するように、前記六角格子パターンに配置された第１の複数のキュービットと、
前記六角格子パターンの六角形の辺に実質的に沿ってそれぞれが配置された第２の複数のキュービットとを備え、
前記第１の複数のキュービットのそれぞれは、前記第２の複数のキュービットの３つの最近接キュービットに結合され、
前記第２の複数のキュービットのそれぞれは、前記第１の複数のキュービットの２つの最近接キュービットに結合され、
前記第２の複数のキュービットのそれぞれは、制御周波数での制御キュービットであり、
前記第１の複数のキュービットのそれぞれは、制御キュービットが各第１の目標周波数目標キュービットを第２の目標周波数目標キュービットに結合するように、第１の目標周波数または第２の目標周波数の１つでの目標キュービットである、方法。

【請求項10】

前記複数の結合されたキュービットの２つのデータ・キュービットが関わるビット反転誤りのＺタイプ・ゲージ測定を行うことをさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

Ｚタイプ・ゲージ測定を行うことは、入力として目標キュービットと制御キュービットとを有する２キュービット・ゲートを含んだＺタイプ・ゲージ回路を用いることを含み、
前記２キュービット・ゲートのそれぞれに対して、前記第１の複数のキュービットの１つは前記目標キュービットであり、前記第２の複数のキュービットの１つは前記制御キュービットである、
請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１の複数のキュービットは、補助キュービットであり、前記第２の複数のキュービットは、部分的にデータ・キュービットおよび部分的に補助キュービットである、請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の方法。

【請求項13】

前記Ｘタイプ・ゲージ測定を行うことは、入力として目標キュービットと制御キュービットとを有する２キュービット・ゲートを含んだＸタイプ・ゲージ回路を用いることを含み、
前記２キュービット・ゲートのそれぞれに対して、前記第１の複数のキュービットの１つは前記目標キュービットであり、前記第２の複数のキュービットの１つは前記制御キュービットである、
請求項９乃至請求項１２のいずれかに記載の方法。

【請求項14】

コンピュータ・プログラムであって、変形六角格子パターンに配置された複数の結合されたキュービットを備える量子プロセッサによって実行されたとき、前記量子プロセッサに、
複数の論理キュービットを、前記複数の結合されたキュービットの対応する複数にエンコードすることと、
前記複数の結合されたキュービットの２つまたは４つのデータ・キュービットが関わる位相反転誤りのＸタイプ・ゲージ測定を行うこととを行わせ、
変形六角格子パターンに配置された前記複数の結合されたキュービットは、
前記六角格子パターンの六角形の頂点にそれぞれが実質的に位置するように、前記六角格子パターンに配置された第１の複数のキュービットと、
前記六角格子パターンの六角形の辺に実質的に沿ってそれぞれが配置された第２の複数のキュービットとを備え、
前記第１の複数のキュービットのそれぞれは、前記第２の複数のキュービットの３つの最近接キュービットに結合され、
前記第２の複数のキュービットのそれぞれは、前記第１の複数のキュービットの２つの最近接キュービットに結合され、
前記第２の複数のキュービットのそれぞれは、制御周波数での制御キュービットであり、
前記第１の複数のキュービットのそれぞれは、制御キュービットが各第１の目標周波数目標キュービットを第２の目標周波数目標キュービットに結合するように、第１の目標周波数または第２の目標周波数の１つでの目標キュービットである、コンピュータ・プログラム。

【請求項15】

前記コンピュータ・プログラムは、前記量子プロセッサによって実行されたとき、前記量子プロセッサに、前記複数の結合されたキュービットの２つのデータ・キュービットが関わるビット反転誤りのＺタイプ・ゲージ測定をさらに行わせる、請求項１４に記載のコンピュータ・プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の特許請求される実施形態は、量子コンピュータ、関連する方法、およびコンピュータ実行可能コードに関し、より詳細には、キュービットの六角格子を有する量子コンピュータ、関連する方法、およびコンピュータ実行可能コードに関する。

【背景技術】

【0002】

超伝導キュービット・デバイスは、製造の時点で決定される周波数を有することができる。周波数の配置は、ゲート動作の品質に、延いては量子計算に影響を及ぼす。いくつかのタイプの周波数衝突は、ゲートまたはキュービットを使用不能にさせ得る。受け入れられない周波数をデバイスが有するチップは使用できず、良品のチップの歩留まりを低下させる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

さらに、ゲート動作および他のノイズ源によって導入される誤りをさらに低減するために、量子情報をエンコードすることが必要になり得る。エンコーディングは、論理（エンコードされた）キュービットの歩留まりが高くなるように選択されなければならない。既存のシステムおよび方法により、低減された周波数衝突を通して歩留まりを改善しながら、量子情報をエンコードすることは可能ではない。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の実施形態によれば、量子コンピュータは量子プロセッサを含む。量子プロセッサは、六角格子パターンの六角形の頂点にそれぞれが実質的に位置するように、六角格子パターンに配置された第１の複数のキュービットと、六角格子パターンの六角形の辺に実質的に沿ってそれぞれが配置された第２の複数のキュービットとを含む。第１の複数のキュービットのそれぞれは、第２の複数のキュービットの３つの最近接キュービットに結合され、第２の複数のキュービットのそれぞれは、第１の複数のキュービットの２つの最近接キュービットに結合される。第２の複数のキュービットのそれぞれは、制御周波数での制御キュービットである。第１の複数のキュービットのそれぞれは、制御キュービットが各第１の目標周波数目標キュービットを第２の目標周波数目標キュービットに結合するように、第１の目標周波数または第２の目標周波数の１つでの目標キュービットである。量子コンピュータは、データ誤りを検出し訂正するように、第１および第２の複数のキュービットの六角格子パターンに対して動作するように構成された、誤り訂正デバイスを含む。

【0005】

本発明の実施形態によれば、変形六角格子（modified hexagonal lattice）パターンに配置された複数の結合されたキュービットを備える量子プロセッサ上のデータ処理を訂正する方法は、複数の論理キュービットを、複数の結合されたキュービットの対応する複数にエンコードすることと、複数の結合されたキュービットの２つまたは４つのデータ・キュービットが関わる位相反転誤りのＸタイプ・ゲージ測定を行うこととを含む。変形六角格子パターンに配置された複数の結合されたキュービットは、六角格子パターンの六角形の頂点にそれぞれが実質的に位置するように、六角格子パターンに配置された第１の複数のキュービットと、六角格子パターンの六角形の辺に実質的に沿ってそれぞれが配置された第２の複数のキュービットとを含む。第１の複数のキュービットのそれぞれは、第２の複数のキュービットの３つの最近接キュービットに結合され、第２の複数のキュービットのそれぞれは、第１の複数のキュービットの２つの最近接キュービットに結合される。第２の複数のキュービットのそれぞれは、制御周波数での制御キュービットである。第１の複数のキュービットのそれぞれは、制御キュービットが各第１の目標周波数目標キュービットを第２の目標周波数目標キュービットに結合するように、第１の目標周波数または第２の目標周波数の１つでの目標キュービットである。

【0006】

本発明の実施形態によれば、コンピュータ実行可能媒体は、変形六角格子パターンに配置された複数の結合されたキュービットを備える量子プロセッサによって実行されたとき、量子プロセッサに、複数の論理キュービットを、複数の結合されたキュービットの対応する複数にエンコードすることと、複数の結合されたキュービットの２つまたは４つのデータ・キュービットが関わる位相反転誤りのＸタイプ・ゲージ測定を行うこととを行わせる。変形六角格子パターンに配置された複数の結合されたキュービットは、六角格子パターンの六角形の頂点にそれぞれが実質的に位置するように、六角格子パターンに配置された第１の複数のキュービットと、六角格子パターンの六角形の辺に実質的に沿ってそれぞれが配置された第２の複数のキュービットとを含む。第１の複数のキュービットのそれぞれは、第２の複数のキュービットの３つの最近接キュービットに結合され、第２の複数のキュービットのそれぞれは、第１の複数のキュービットの２つの最近接キュービットに結合される。第２の複数のキュービットのそれぞれは、制御周波数での制御キュービットである。第１の複数のキュービットのそれぞれは、制御キュービットが各第１の目標周波数目標キュービットを第２の目標周波数目標キュービットに結合するように、第１の目標周波数または第２の目標周波数の１つでの目標キュービットである。

【0007】

量子コンピュータ、方法、およびコンピュータ実行可能媒体は、周波数衝突の確率の低減の目的を達成し、したがって論理キュービットのためのチップ歩留まりを増加させる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】この発明の実施形態による、複数のデータ・キュービット（図１の斜め縞模様）の単一のキュービットにおけるいずれの誤りも訂正し、１つの論理キュービットをエンコードする例示のハイブリッド・サブシステム・コードの概略図である。この例は、９個のデータ・キュービットおよび１４個の補助キュービットの合計２３個のキュービットを有する。

【図2】この発明の実施形態による、例示のハイブリッド・サブシステム・コードにおける２３個のキュービットへの周波数割り当ての例の概略図である。

【図3】この発明の実施形態による、ラベル付けされたキュービットの役割を有するＸタイプ測定回路の例の概略図である。

【図4】この発明の実施形態による、ラベル付けされたキュービットの役割を有するＺタイプ測定回路の例の概略図である。

【図5】この発明の実施形態による誤り訂正格子、および従来の誤り訂正格子に対するゼロ衝突歩留まりの比較を示す図である。

【図6】７つの交差共鳴（cross-resonance）ゲート衝突タイプの定義を示す図である。

【図7】本発明の実施形態による量子コンピュータの概略図である。

【図8】本発明の実施形態によるデータ処理を訂正する方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１は、この発明の実施形態による、重い（heavy）六角格子上にマッピングされた量子コードのファミリの１つのメンバを示す。円形は物理キュービット・デバイスを示す。直線はデバイスの間の接続、すなわちどのデバイスが互いに相互作用し得るかを示す。六角格子の頂点および辺上のキュービットのこの配置を「重い六角形」と呼ぶ。

【0010】

物理キュービットの集合は論理キュービットをエンコードする。論理キュービットは、誤り訂正コードによって保護されたヒルベルト空間の部分空間である。物理キュービットには、それらの機能に基づいてデータまたは補助の２つのタイプの１つが割り当てられる。データ・キュービット（データ・キュービット１００、１０２、１０４、１０６など、図１の六角形の辺上の斜め縞模様の円）は、単一の論理キュービットの量子状態を共同でエンコードする。補助キュービット（補助キュービット１０８、１１０、１１２、および１１４などの、図１の白いおよび斑点で覆われた円）は、誤りの存在を明らかにするオペレータ（operator）を測定するために用いられる。新たなコードを、ハイブリッド・サブシステム・コードと呼ぶ。これは、表面コードのＸタイプ・スタビライザ（stabilizer）およびベーコン・ショア・コードのＺタイプ・ゲージ・オペレータを用いるので、いわゆるベーコン・ショア・コードのゲージ固定（gauge-fixing）である。

【0011】

Ｘタイプ・ゲージ測定（図１の横縞模様の領域、例えば、領域１１６、１１８であり、また図３を参照）は、２つまたは４つのデータ・キュービットが関わり、ランダムであるが相関した結果を生じ、それらは位相反転誤りを検出するために縦の列に沿って組み合わされる。Ｚタイプ・ゲージ・オペレータ測定（図１の縦縞模様の領域、例えば、領域１２０、１２２であり、また図４を参照）は、２つのデータ・キュービットが関わり、ランダムであるが相関した結果を生じ、それらはビット反転誤りを検出するために、図１の白い空間の周りでペアに組み合わされる。格子および測定オペレータ（量子コード）は、検出可能および訂正可能な誤りの数を増加させるように、横および縦に拡張され得る。

【0012】

交差共鳴相互作用は、２キュービット量子ゲートを適用するために用いられる。これらのゲートに対する入力キュービットは、制御キュービットおよび目標キュービットと呼ばれる。制御キュービットは、目標キュービットの周波数で駆動される。制御キュービットは、グラフの次数２の頂点となるように選択され（すなわち厳密に２つの隣接体（neighbor）を有するキュービット、例えば、図１のデータ・キュービット１０４および補助キュービット１０８）、その結果隣接した目標キュービットに対して２つだけの駆動周波数が必要となる。制御キュービットの周波数は、両方の目標キュービット周波数と異なっていなければならず、したがって合計３つの周波数が用いられる。周波数は、２キュービット・ゲートを最適化し、衝突確率を低減するように選択される。より少ない周波数を有することで、周波数の間のより大きな間隔を可能にし、それによって周波数衝突の可能性を減少させる。

【0013】

図２は、この発明の実施形態による例示のハイブリッド・サブシステム・コードにおける、２３個のキュービットに対する周波数割り当ての例の概略図である。図２の補助キュービット２００、２０２、およびデータ・キュービット２０４、２０６など、六角形の辺上のキュービットは制御キュービットとして割り当てられ、周波数Ｃ（Ｃ＝ｃｏｎｔｒｏｌ）が与えられる。図２の補助キュービット２０８、２１０など、六角形の頂点におけるキュービットは目標キュービットとして割り当てられ、交互の周波数Ｔ１およびＴ２（Ｔ＝ｔａｒｇｅｔ）が与えられる。周波数割り当ては、より大きなコードおよび格子に自然な形で一般化する。

【0014】

各ＸタイプおよびＺタイプ・オペレータは、図３および図４に概略的に例示されるそれぞれの量子回路を用いて測定され得る。回路は通常の意味でのフォールトトレラントである。ゲートが故障し、誤りを導入した場合、それらの誤りが他のキュービットには広がらないか、または「フラグ測定」は誤りが訂正され得るように、どのようにそれが広がったかを検出する。

【0015】

ＣＮＯＴゲートの制御および目標キュービットは、周波数割り当てによって示唆される役割に一致するように、交換され、単一キュービット・アダマール・ゲートによって共役にされ得る。

【0016】

Ｚ測定回路は、その例が図４に示され、２つのデータ・キュービット４００、４０２のパリティを計算し、測定する。２つのデータ・キュービット４００、４０２は補助キュービット４０４に結合され、これは測定される。単一の障害は、回路内の最大でも１つのデータ・キュービットに影響し得ることを示すことができる。

【0017】

Ｘ測定回路は、４つのデータ・キュービット３００、３０２、３０４、３０６のＸタイプ・パリティを計算し、測定する。格子接続性により、障害はデータ・キュービットのペアに広がるＸ誤りに繋がり得る。２つのフラグ・キュービット３０８、３１０の測定は、これらの事象が生じたとき検出することができ、その結果Ｚタイプ・パリティ測定は正しく解釈され、誤りは訂正され得ることを示すことができる。回路は、２つのフラグ・キュービット３０８、３１０と、２つのフラグ・キュービット３０８、３１０に結合された補助キュービット３１２とを測定する。

【0018】

図５は、この発明の実施形態による誤り訂正格子に対する、および従来の誤り訂正格子に対するゼロ衝突歩留まりの比較を示す。我々は期待される歩留まりを調べるためにモンテ・カルロシミュレーションを用いた。デバイス周波数は、所与の平均および分散を有する正規分布からサンプルされた。周波数衝突条件およびタイプのセットが定義され、１つまたは複数の衝突が起きる場合はチップ・サンプルは不合格とされた。シミュレーション結果に基づいて、設定周波数の１５～２０ＭＨｚ精度に対して、重い六角格子上のハイブリッド・コード（実線の曲線）は、正方形格子上の標準表面コード（破線の曲線）と比べて約１０倍高い頻度でゼロ衝突チップをもたらした。

【0019】

図６は、７つの交差共鳴ゲート衝突タイプの定義を示す。本明細書で開示される格子幾何形状は、これらの周波数衝突を軽減するのに役立つ。

【0020】

したがって、本発明の実施形態は、量子プロセッサと、誤り訂正デバイスとを含む量子コンピュータを対象とする。図７は、本発明の実施形態による量子コンピュータ７００の概略図である。量子コンピュータ７００は、量子プロセッサ７０２と、誤り訂正デバイス７０４とを含む。量子プロセッサ７０２は、六角格子パターンの六角形の頂点にそれぞれが実質的に位置するように、六角格子パターンに配置された第１の複数のキュービットを含む。例えば、キュービット７０６、７０８、および７１０は、図７に例示される六角格子パターンの六角形の頂点に実質的に位置する。量子プロセッサ７００は、六角格子パターンの六角形の辺に実質的に沿ってそれぞれが配置された第２の複数のキュービットを含む。例えば、キュービット７１２、７１４、および７１６は、六角格子パターンの六角形の辺にそれぞれが実質的に沿って配置される。第１の複数のキュービットのそれぞれは、第２の複数のキュービットの３つの最近接キュービットに結合される。例えば、キュービット７０８は、第１のキュービット７１２、第２のキュービット７１４、および第３のキュービット７１６に結合される。第２の複数のキュービットのそれぞれは、第１の複数のキュービットの２つの最近接キュービットに結合される。例えば、キュービット７１２は、第１のキュービット７０６および第２のキュービット７０８に結合される。第２の複数のキュービットのそれぞれは、制御周波数での制御キュービットであり、第１の複数のキュービットのそれぞれは、第１の目標周波数または第２の目標周波数の１つでの目標キュービットである。制御キュービットは、各第１の目標周波数目標キュービットを第２の目標周波数目標キュービットに結合する。誤り訂正デバイス７０４は、データ誤りを検出し訂正するように、第１および第２の複数のキュービットの六角格子パターンに対して動作するように構成される。

【0021】

本発明の実施形態によれば、第１の複数のキュービットは、補助キュービットであり、第２の複数のキュービットは、部分的にデータ・キュービットおよび部分的に補助キュービットである。いくつかの実施形態において、誤り訂正デバイスは、２つまたは４つのデータ・キュービットが関わる位相反転誤りを測定するＸタイプ・ゲージ回路を含む。Ｘタイプ・ゲージ回路は、入力として目標キュービットと制御キュービットとを有する２キュービット・ゲートを含む。２キュービット・ゲートのそれぞれに対して、第１の複数のキュービットの１つは目標キュービットであり、第２の複数のキュービットの１つは制御キュービットである。図３は、Ｘタイプ・ゲージ回路の例の概略図である。

【0022】

いくつかの実施形態において、誤り訂正デバイスは、２つのデータ・キュービットが関わるビット反転誤りを測定するＺタイプ・ゲージ回路を含む。Ｚタイプ・ゲージ回路は、入力として目標キュービットと制御キュービットとを有する２キュービット・ゲートを含む。２キュービット・ゲートのそれぞれに対して、第１の複数のキュービットの１つは目標キュービットであり、第２の複数のキュービットの１つは制御キュービットである。図４は、Ｚタイプ・ゲージ回路の例の概略図である。

【0023】

いくつかの実施形態において、誤り訂正デバイスは、複数の論理キュービットを、第１および第２の複数のキュービットの対応する複数にエンコードする。例えば、量子コンピュータ７００は、第１および第２の複数のキュービットを備えた２３個のキュービットを含むことができ、２３個のキュービットは、第１の論理ビットをエンコードする。量子コンピュータ７００は、追加の論理ビットをエンコードする、２３個のキュービットの追加のセットを含み得る。

【0024】

図８は、本発明の実施形態によるデータ処理を訂正する方法８００を示すフローチャートである。この発明の実施形態による、変形六角格子パターンに配置された複数の結合されたキュービットを含んだ量子プロセッサ上のデータ処理を訂正する方法８００は、８０２で複数の論理キュービットを、複数の結合されたキュービットの対応する複数にエンコードすることを含む。方法は、８０４で複数の結合されたキュービットのうちの２つまたは４つのデータ・キュービットが関わる位相反転誤りのＸタイプ・ゲージ測定を行うことを含む。複数の結合されたキュービットは、上記で述べられたように変形六角格子パターンに配置される。

【0025】

方法８００は、複数の結合されたキュービットのうちの２つのデータ・キュービットが関わるビット反転誤りのＺタイプ・ゲージ測定を行うことをさらに含むことができる。

【0026】

この発明の実施形態によれば、コンピュータ実行可能媒体は、変形六角格子パターンに配置された複数の結合されたキュービットを備える量子プロセッサによって実行されたとき、量子プロセッサに、複数の論理キュービットを、複数の結合されたキュービットの対応する複数にエンコードすることと、複数の結合されたキュービットのうちの２つまたは４つのデータ・キュービットが関わる位相反転誤りのＸタイプ・ゲージ測定を行うこととを行わせる。複数の結合されたキュービットは、上記で述べられたように変形六角格子パターンに配置される。

【0027】

コンピュータ実行可能媒体は、量子プロセッサに、複数の結合されたキュービットのうちの２つのデータ・キュービットが関わるビット反転誤りのＺタイプ・ゲージ測定をさらに行わせることができる。

【0028】

この発明のいくつかの実施形態は、変形六角格子上の結合されたデバイスの配置を対象とする。格子上のあらゆるデバイスは、最大でも３つの隣接体に結合される。変形または「重い」格子とは、辺および頂点上の追加のデバイスを指す。

【0029】

この発明のいくつかの実施形態は、重い八角格子に合わせられた量子コードのファミリを対象とする。量子コードは、誤りが検出され訂正され得るように、論理キュービットを、ノイズのある物理キュービットの集合にエンコードする。サブシステム量子コードのこのファミリは、表面コードのＺタイプ・スタビライザと、ベーコン・ショア・コードのＸタイプ・スタビライザとを用いる。格子に適応するのは、ベーコン・ショア・コードのゲージ固定である。

【0030】

この発明のいくつかの実施形態は、物理キュービットへの周波数の割り当てを対象とする。割り当ては、３つの周波数だけが必要となるように２キュービット・ゲートに適用されることを可能にし、周波数の間の合計の間隔を増加させ、周波数衝突を減少させる。

【0031】

この発明のいくつかの実施形態は、六角格子に合わせられた誤りシンドローム測定の方法を対象とする。シンドロームは、Ｘタイプ・ゲージ・オペレータおよびＺタイプ・ゲージ・オペレータ測定の結果から計算される。方法は、格子上の使用可能な相互作用を利用する。方法はフォールトトレラントであり、これを達成するためにいわゆるフラグ・キュービットを用いる。

【0032】

いくつかの実施形態は、周波数衝突の確率を低減することができ、したがって論理キュービットに対するチップ歩留まりを増加させる。複数のキュービットが３つの周波数の１つを有するので、各周波数の間の間隔はより大きくなることができ、周波数衝突の可能性を低減し、したがってキュービット・チップ歩留まりを増加させる。

【0033】

本発明の様々な実施形態の説明は、例示のために提示されたが、網羅的であること、または開示される実施形態に限定されることを意図するものではない。述べられる実施形態の範囲から逸脱せずに、当業者には多くの変更形態および変形形態が明らかになるであろう。本明細書で用いられる専門用語は、実施形態の原理、実用的な応用例、または市場で見出される技術に対する技術的改良を最もよく説明するために、または他の当業者が本明細書で開示される実施形態を理解することを可能にするように選択されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】