量子コンピューターがエラー訂正のブレークスルーで大きな一歩を踏み出す

量子コンピューターが研究上の珍品から実用的なデバイスになるためには、研究者はエラーを制御する必要があります。 Microsoft と Quantinuum による新しい研究は、その方向に向けて大きな一歩を踏み出しました。

今日の量子コンピューター彼らは「ノイズの多い中規模量子」（NISQ）の時代にしっかりと囚われています。企業はストリング張りにある程度の成功を収めているが、多数の量子ビットをまとめたもの、ノイズの影響を非常に受けやすく、量子状態がすぐに劣化する可能性があります。これにより、実用に耐える十分なステップ数で計算を実行することができなくなります。

これらのノイズの多いデバイスはまだ実用化できると主張する人もいますが、技術の可能性を最大限に発揮するには量子誤り訂正スキームが不可欠であるというのがコンセンサスです。しかし、量子ビットの量子状態を読み取ると状態が崩れてしまうため、量子コンピューターでは誤り訂正が困難です。

研究者らは、量子情報の各ビットを複数の物理量子ビットに分散させて論理量子ビットとして知られるものを作成する誤り訂正符号を使用して、これを回避する方法を考案しました。これにより冗長性が提供され、論理量子ビットの情報に影響を与えることなく物理量子ビットのエラーを検出して修正できるようになります。

課題は、最近まで、各論理量子ビットを作成するには約 1,000 個の物理量子ビットが必要だと考えられていたことです。現在の最大の量子プロセッサにはその程度の量子ビットしか搭載されていないため、意味のある計算に十分な論理量子ビットを作成するのはまだ遠い目標であることが示唆されています。

昨年、ハーバード大学と新興企業 QuEra の研究者らが可能であることを示したとき、状況は変わりました。 48 個の論理量子ビットを生成するわずか 280 個の物理的なものから。そして今回、Microsoft と Quantinuum のコラボレーションはさらに一歩進んで、論理量子ビットを作成できるだけでなく、それを実際に使用してエラー率を 800 分の 14,000 に抑制し、XNUMX を超える実験ルーチンを XNUMX つのエラーも発生させることなく実行できることを示しました。

「ここで私たちがやったことには鳥肌が立ちました」とマイクロソフトのクリスタ・スヴォア氏は言う言われ ニュー·サイエンティスト。「私たちは、エラー修正が再現可能であり、機能しており、信頼性があることを示しました。」

研究者らは、Quantinuum の H2 量子プロセッサを使用していました。これはトラップイオン技術に依存しており、わずか 32 量子ビットと比較的小型です。しかし、Microsoft が開発したエラー修正コードを適用することで、100,000 回の実行ごとにのみエラーが発生する XNUMX つの論理量子ビットを生成することができました。

最大の成果の 1 つであると Microsoft チームは次のように述べています。ブログ投稿、それは、論理量子ビットを破壊することなくエラーを診断して修正できたという事実でした。これは、量子ビットの状態ではなく、量子ビットに影響を与えるノイズの性質に関する情報を読み取ることができる「アクティブシンドローム抽出」として知られるアプローチのおかげです、とスヴォア氏は述べています。言われ IEEEスペクトラム.

ただし、エラー訂正方式は、保存期限がありました。研究者らが論理量子ビットに対して複数の演算を実行し、続いて誤り訂正を行ったところ、2回目までの誤り率は物理量子ビットで見つかったものの半分にすぎず、3回目までには統計的に有意な影響がなくなったことを発見した。

結果は驚くべきものですが、Microsoft チームはブログ投稿で、真に強力な量子コンピューターを作成するには、100 億回の操作に XNUMX 回しかエラーを起こさない論理量子ビットが必要であると指摘しています。

いずれにしても、この結果は、Quantinuum が次のように主張しているエラー訂正能力の大幅な向上を示しています。プレスリリース量子コンピューティングの新時代の始まりを表しています。それは少し飛躍しているかもしれないが、フォールトトレラントな量子コンピューティングをいつ実現するかについての人々のタイムラインを更新する必要があるかもしれないことを確かに示唆している。

画像のクレジット： Quantinuum H2 量子コンピュータ / Quantinuum