2025年11月10日、ハーバード大学のMikhail Lukin教授グループは、Nature(第649巻、39–46頁、2026年)にランドマーク的な成果を発表した。これは、スケーラブルなフォールトトレラント量子計算(FTQC)に必要な3つの条件——誤り訂正、普遍性、深層回路——を単一プラットフォームで初めて統合実証したものである。本研究はハーバード大学、MIT、カルテック、NIST/メリーランド大学の研究者が共同で実施し、QuEra Computingが財務的な利害関係を持つ。
光ピンセットに捕捉された最大448個の⁸⁷Rb原子で構成される再構成可能な中性原子論理プロセッサを用い、高速率[[16,6,4]]コード(16ブロック × ブロックあたり6論理量子ビット、256物理量子ビットから約2.7:1のオーバーヘッド)により96個の論理量子ビットを同時に有効化した。3つの主要なマイルストーンを達成した。
- 閾値以下の誤り訂正:d=5表面コードに機械学習デコーダと原子損失検出を組み合わせ、ラウンドあたりの論理誤り率0.62%を達成した——d=3の2.14倍低い値であり、閾値以下動作を実証した。原子損失イベントを消去(erasure)情報として活用し、デコード性能を向上させた。
- 普遍的フォールトトレラントゲート:3次元Reed-Muller [[15,1,3]]コードと横断的テレポーテーション(transversal teleportation)により非Clifford Tゲートを実現し、普遍ゲートセット{H, T, CNOT}を完成させた。Tゲートの数が増えるにつれ指数的に小さくなる角度間隔で任意の単一量子ビット回転を合成し、Solovay–Kitaev定理と一致する結果を得た。
- 一定エントロピーでの深層回路:1次元光学格子を用いた非破壊スピン-位置変換読み出しと、有限磁場中での1次元偏光勾配冷却(PGC)を組み合わせ、実験サイクル速度を約100倍向上させた(4msサイクル)。回路中途での量子ビット再利用により、横断的テレポーテーションによって一定の内部エントロピーを維持しながら、[[7,1,3]] Steaneコードと[[16,6,4]]テッセラクトコードを用いた27層の深層回路を実行した。
96個の活性論理量子ビットにおける物理対論理量子ビット比約2.7:1は、資源効率的なフォールトトレラント量子コンピューティングへの重要な前進を示す。これらの結果は、次世代のスケーラブルな普遍的量子プロセッサ設計に向けた重要なアーキテクチャ原則——ゲートと同期したエントロピー除去、物理的絡み合いの適切な活用、普遍性と物理誤り除去のためのテレポーテーションの基本的な活用——を確立するものと評価される。