エンタングルメント純粋化に基づくフォールトトレラント量子計算

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昨年度から継続して、クラスターモデルに基づいたフォールトトレラント量子計算に関する研究を行った。具体的には、符号化された量子ビットを用いたトポロジカルフォールトトレラント量子計算法の構築を行った。この結果、エラー確率が数%程度であっても、従来の方法にくらべ非常に少ないリソースで量子計算を実現できることが明らかとなった。また、確率的にしか成功しない量子ゲートを用いてフォールトトレラント量子計算を行う方法の構築を行った。この結果、フォールトトレラント量子計算が可能となるために必要な成功確率と成功した場合のエラー確率のパラメータ領域を明らかにした。現在提案されている量子ゲートの多くは確率的なものであるが、本研究成果によって、既存の確率的量子ゲートを用いた量子計算の可能性が保証された。さらに、キャビティQED系と線形光学系を用いて、効率よく多体エンタングル状態であるW状態を生成する方法の構築も行った。W状態に属する任意の2つの量子ビットは、その他の量子ビットを失ってもエンタングルしているという性質を持っており、エンタングルメントウェブとしての応用が考えられている。従って、本研究成果によって、エンタングルメントウェブを効率よく生成できることが示された。