IQT の「ジャーナル クラブ」は、最近の量子技術研究論文を分析し、量子エコシステムに対するその影響について議論する毎週の記事シリーズです。 今週はよく話題になっている内容に焦点を当てます ネイチャーペーパー この論文は、ハーバード大学、MIT、メリーランド大学/NIST、および QuEra の研究者らによって発表され、誤り訂正に注目しており、報道として「99.5 個の中性原子量子ビット上で、前例のない 60% の忠実度で XNUMX 量子ビットもつれゲートを並列に実証することに成功した」とされています。最近リリースが発表されました。 

量子エラー訂正と論理量子プロセッサの分野における最近の開発のおかげで、量子コンピューティングの分野は画期的な進歩を遂げようとしています。 これ 新しい研究 量子技術の主要な主要企業 (MIT、ハーバード大学、NIST/メリーランド大学、 クエラ) は、量子コンピューティングにおける最も困難な課題の XNUMX つである大規模システムにおけるエラー訂正に対処する上での重要な前進を告げるものです。

量子誤り訂正の重要性

量子コンピューティングは、特定の複雑な問題を解決する際に古典的なコンピューターを上回るパフォーマンスを発揮すると約束されています。 ただし、この可能性を大規模に実現するには、ゲート エラー率を非常に低くする必要があり、物理デバイスではこの目標を達成するのが困難です。 解決策は、論理量子ビットの情報を複数の冗長物理量子ビットに分散する量子誤り訂正 (QEC) にあります。 この冗長性により、一部の物理量子ビットに障害が発生した場合でも、システムは整合性を維持できます。 理論的には、これは、十分な量子ビットと十分に低い物理エラー率があれば、論理量子ビットが高い忠実度で動作し、大規模アルゴリズムへの道を開くことができることを意味します。

概念的な魅力にもかかわらず、有用な QEC を実際に実装するには、独自の一連の課題が伴います。 これらには、必要な物理量子ビットの数における大幅なオーバーヘッドと、非局在化された論理自由度間のゲート操作の複雑さが含まれます。

量子プロセッサのセットアップ

この新しい研究では、これらのハードルを克服するプログラム可能な量子プロセッサが紹介されています。 このプロセッサは、再構成可能な中性原子配列内の論理量子ビットに対する論理レベルの制御に基づいています。 最大 280 の物理量子ビットを備え、大規模なコードへのスケーリング、フォールト トレランス、複雑な回路の実装など、QEC のさまざまな重要な側面を示します。

この論理プロセッサのアーキテクチャは特に独創的です。 これは、高密度量子ビットストレージ用のストレージゾーン、論理量子ビットエンコーディングとゲート操作用のエンタングルゾーン、論理量子ビットまたは物理量子ビットの中間回路読み出し用の読み出しゾーンの XNUMX つのゾーンに分割されています。 この設計により、効率的な制御が可能になり、エンタングル ゲート エラーを最小限に抑えることができます。これは、計算プロセス全体で一貫性を維持するために重要です。

エラー訂正の結果

このプロセッサの注目すべき成果の 40 つは、表面コード距離をスケーリングすることによってパフォーマンスが向上した 48 量子ビット論理ゲートの実証に成功したことです。 また、論理 GHZ 状態 (粒子がどれだけ離れていても、各粒子の状態を他の粒子から独立して説明できないような方法で複数の粒子が接続されている特殊な量子状態) のフォールトトレラントな作成も達成しました。エンタングルメントテレポーテーション、および XNUMX 個のカラーコード量子ビットの操作。 より複雑なデモンストレーションでは、プロセッサーはハイパーキューブ接続と絡み合った最大 XNUMX 個の論理量子ビットを備えたサンプリング回路を実現し、論理エンコーディングがアルゴリズムのパフォーマンスを大幅に向上させることを示しました。

これらの進歩は単なる理論上の偉業ではありません。 これらは、初期の誤り訂正量子計算における実用的な応用例であり、大規模論理プロセッサへの道筋を示しています。 この開発は、エラーを効果的に管理しながら量子コンピューティングをスケールアップする実行可能な方法を示すものであるため、量子テクノロジーにとって大きな意味を持ちます。 これがもたらす意味は非常に大きく、古典的なコンピューティングでは到達できない問題に取り組むことができる量子コンピューターの実現に私たちが近づく可能性があります。

Kenna Hughes-Castleberry は、Inside Quantum Technology の編集長であり、JILA (コロラド大学ボルダー大学と NIST のパートナーシップ) のサイエンス コミュニケーターです。 彼女の執筆ビートには、ディープ テクノロジー、量子コンピューティング、AI が含まれます。 彼女の研究は、Scientific American、Discover Magazine、New Scientist、Ars Technica などで特集されています。

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• 情報源： https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/iqts-journal-club-a-new-look-on-simulation-of-molecular-materials/