実用的な量子コンピューターの実現に向けて、最大の難関の一つとされてきた特殊な量子状態のエラーが大幅に抑えられた。Googleの研究チーム「Google Quantum AI」は、量子プロセッサ「Willow」を用い、計算に不可欠な「魔法状態」のエラーの発生確率を従来の手法と比べて約40分の1に低減させたと発表した。研究成果は科学誌「Science」に掲載された。
量子コンピューターが幅広い計算を実行するには、単にエラーを訂正するだけでなく、特定の操作を可能にする「魔法状態」と呼ばれる特殊な量子状態が必要となる。しかし、エラーの少ない高品質な魔法状態を作るには大量の量子ビットや計算処理が必要で、プロセッサの処理能力の最大95%がその生成だけに費やされる可能性があった。さらに、魔法状態は計算に使用すると消費されるため、必要に応じて繰り返し生成しなければならない。
この問題を解決するため、研究チームは「魔法状態の培養」という手法を物理的なハードウェア上で初めて実証した。最初から完璧な状態を作ろうとするのではなく、まずエラーを含む状態を用意し、複数の量子ビットによる測定で状態を調べる。エラーが検出された試行を破棄し、問題がなかった場合だけ結果を採用する手法だ。実験では多くの試行が破棄され、最終的に採用されたのは全体の約8%にとどまったものの、生成された魔法状態の忠実度は約99.99%に達し、必要な量子ビットや処理を大幅に削減できる可能性を示した。
さらに研究チームは、培養に適した「カラーコード」方式で作った量子状態を、より広く研究されている「表面コード」方式へ移す実験にも成功した。今回の成果だけで実用的な量子コンピューターが完成するわけではなく、大規模な量子計算で継続的に利用するには、さらに多くの量子ビットを使った検証や技術的な改良が必要とされる。研究チームは今後、魔法状態の培養をより大規模なシステムに拡張し、実用的な量子コンピューターの実現を目指す方針だ。