エラー訂正を改善する新システムで量子コンピュータの使いやすさも維持

Tokyoスウェーデンのチャルマース工科大学の研究者たちは、量子コンピュータの大きな問題を解決する新しいシステムを開発しました。現在の量子システムは、複雑なタスクをうまく遂行するもののノイズが多く誤りが発生しやすいか、または安定しているが計算能力が低いかのいずれかです。この新しい解決策により、この問題が軽減され、より信頼性が高く長期間使用可能な量子コンピュータが実現します。

量子コンピュータは量子ビットを使用します。量子ビットは重ね合わせの原理により、同時に1と0の状態をとることができます。しかし、量子ビットは電磁干渉や磁気変動によってエラーが発生しやすく、これが量子コンピュータの計算時間を制限します。複雑な問題を解決するには、研究者が量子状態をうまく管理する必要があります。しかし、そこには課題があります。エラーを修正したり長時間動作したりするのに優れたシステムは、量子状態の制御が難しく、逆もまた同様です。

チャルマーズ大学の研究者たちは、新たなシステムを開発し、複数の状態を持つ量子システムで複雑な作業をこれまでよりも高速に実行できるようになりました。

チャーマーズシステムの主な特徴は次のとおりです。

• 複雑な操作を迅速に実行する能力
• 高度なエラー訂正機能
• 連続変数量子コンピューティングの利用
• 現在の超伝導量子コンピュータとの互換性

キュービットは古典的なコンピューターのビットとは異なり、同時に1と0の状態を取ることができます。キュービットを利用する物理システムはエラーが発生しやすいため、研究者たちはこれらのエラーを検出して修正する効果的な手法を模索しています。チャルマーズ大学のシステムは「連続変数量子コンピューティング」と呼ばれる手法を用いており、調和振動子を利用して情報をシンプルにエンコードしています。

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これらの装置は、絶縁体の基板上に配置された薄い超伝導材料で作られたマイクロ波共振器です。最新の超伝導量子コンピュータと相性が良いです。

連続変数量子コンピューティングは誤り訂正の技術が進化したものの、複雑なタスクを実行するには制約がありました。以前の試みでは、超伝導量子システムなどの制御システムを使用して調和振動子を利用しましたが、カー効果が量子状態を乱す問題に直面しました。この問題を解決するために、チャルマース大学の研究者たちは振動子の中に制御システム装置を設置しました。

この方法は量子状態を整理し、正確に制御することが可能です。その結果、新しいゲート操作を迅速に実行できます。このアプローチは、効率的なフォールトトレランスという調和振動子の利点を維持しつつ、量子状態の精密な制御も可能にします。

研究者たちは、エラー訂正と複雑な操作を組み合わせる方法を「Nature Communications」に発表しました。通常の超伝導素子を量子オシレーターから分離しておく慣行に挑み、制御装置をオシレーター内に配置することで、量子状態に影響を与えずに高速な操作を実現しました。

研究者たちは、新たなシステムがより強力で優れた量子コンピュータの開発に繋がると期待しています。この進歩は、実用的で強力な量子コンピューティングを実現するための重要な一歩となります。