スティーブ・ブライアリー 量子コンピューターが社会に十分に役立つようになるには、包括的なエラー訂正技術を実装する必要があると主張する
「商業的に実行可能なアプリケーションが発見されることを示す説得力のある議論はありません。 量子誤り訂正符号とフォールトトレラントな量子コンピューティングを使用します。」カリフォルニア工科大学の物理学者ジョン・プレスキル氏は講演中にそう述べた 2023の終わりに カリフォルニアで開催されたQ2B23会議にて。簡単に言えば、実用的な量子コンピューターを構築したい人は、エラーに対処する方法を見つける必要があります。
量子コンピューターはますます強力になっていますが、その基本的な構成要素である量子ビット (量子ビット) は非常にエラーが発生しやすいため、その普及が制限されています。より多くのより優れた量子ビットを備えた量子コンピューターを構築するだけでは十分ではありません。量子コンピューティング アプリケーションの可能性を最大限に引き出すには、本質的に不安定な量子ビットを制御し、10 秒あたり XNUMX 億回以上システム エラーを包括的に修正できる新しいハードウェアおよびソフトウェア ツールが必要になります。
プレスキルの言葉は本質的に、いわゆる「世紀の夜明け」を告げるものだった。 量子誤り訂正 （QEC）時代。 QEC これは新しいアイデアではなく、企業は長年にわたって量子ビットに保存された情報をノイズによるエラーやデコヒーレンスから保護する技術を開発してきました。ただし、新しいのは、今日のノイズの多い中間スケール デバイス (NISQ) が従来のスーパーコンピューターを上回るパフォーマンスを発揮し、現在は不可能なアプリケーションを実行できるという考えを放棄したことです。
確かに、NISQ (Preskill によって造られた用語) は、フォールト トレランスへの道への重要な足がかりでした。しかし、量子産業、投資家、政府は今、エラー訂正が量子コンピューティングの決定的な課題であることを認識する必要があります。
時間の問題
QEC は昨年だけでもすでに前例のない進歩を遂げています。 2023年に でログイン 17 量子ビット システムは 49 つのエラーから回復でき、XNUMX 量子ビット システムは XNUMX つのエラーから回復できることを実証しました (自然 614 676). Amazon エラーを100回抑制するチップをリリースしましたが、 IBMの科学者 10分のXNUMXの量子ビットで動作する新しい誤り訂正スキームを発見しました(arXiv：2308.07915）。そして年末には、ハーバード大学の量子スピンアウト企業 Quera が、これまでで最大の数の 誤り訂正された量子ビット .
多くの信頼性の低い物理量子ビットを 1 つ以上の信頼できる「論理」量子ビットに変換するデコードは、QEC の中核テクノロジーです。それは、大規模な量子コンピューターが毎秒テラバイト規模のデータを生成するため、エラーの伝播と計算の無駄を防ぐために、データを取得するのと同じくらい早くデコードする必要があるためです。十分に速くデコードしないと、次のような問題が発生します。 指数関数的に増加するデータのバックログ.
英国の国家量子戦略は、私たち全員が信じることができる計画です
私自身の会社 – Riverlane – は昨年設立されました 世界で最も強力な量子デコーダ。私たちのデコーダーはこのバックログの問題を解決していますが、まだ問題が残っています もっとやるべきことがたくさんある。同社は現在、実験終了後ではなく、測定結果の連続ストリームを到着時に処理できる「ストリーミング デコーダ」を開発中です。その目標を達成したら、やるべきことはまだあります。そして、デコーダーは QEC の 1 つの側面にすぎません。量子ビットを読み書きするための高精度、高速の「制御システム」も必要です。
量子コンピューターがスケールし続けるにつれて、これらのデコーダーと制御システムは連携してエラーのない論理量子ビットを生成する必要があり、Riverlane は 2026 年までに適応型、つまりリアルタイム デコーダーを構築することを目指しています。現在のマシンはエラーなしで数百回の操作しか実行できませんが、将来の開発では、エラーなしで XNUMX 万回の量子操作を処理できる量子コンピューター (MegaQuOp として知られています) が使用されるようになります。
このような取り組みを行っているのはリバーレーンだけではなく、他の量子企業も現在 QEC を優先しています。 IBM はこれまで QEC テクノロジーには取り組んでおらず、代わりにより多くのより優れた量子ビットに焦点を当てていました。しかし、その会社の 2033 年の量子ロードマップ IBMは、触媒分子の働きをシミュレートするなど、有用な計算が可能な1000量子ビットマシンをXNUMX年末までに構築することを目指していると述べている。
一方、ケラさんは、 最近ロードマップを発表しました それも QEC を優先しますが、 英国の国家量子戦略 は、2035 年までに 2035 兆回のエラーなし操作 (TeraQuOps) を実行できる量子コンピューターを構築することを目指しています。他の国も同様の計画を発表しており、量子コンピューティング コミュニティがより小規模で漸進的なものを目指し始めていることもあり、XNUMX 年の目標は達成可能であるように感じられます。同様に野心的な目標です。
量子市場の舞台設定: 量子ビジネスがどこまで進み、どのように展開するか
英国の国家量子戦略について私が本当に興奮しているのは、2028 年までに MegaQuOp マシンを導入するという目標です。繰り返しますが、これは現実的な目標です。実際、MegaQuOp 体制にもっと早く到達するとさえ主張します。これが理由です。 Riverlane の QEC ソリューションである Deltaflow は、2026 年までにこれらの MegaQuOp マシンで動作する準備が整います。MegaQuOp 量子コンピュータを構築するために根本的に新しい物理学は必要ありません。そして、そのようなマシンは、量子エラーをより深く理解し、プロファイリングするのに役立ちます。
これらのエラーを理解したら、修正を開始し、TeraQuOp マシンに進むことができます。 TeraQuOp も変動目標であり、QEC とその他の両方の改善により 2035 年の目標が数年早く達成される可能性があります。
量子コンピュータが社会に役立つのは時間の問題です。そして現在、私たちは量子誤り訂正に焦点を合わせて取り組んでおり、遅かれ早かれその転換点に達するでしょう。
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- 情報源： https://physicsworld.com/a/why-error-correction-is-quantum-computings-defining-challenge/
