グーグル、量子計算に不可欠な「魔法状態」のエラーを約40分の1に低減

実用的じつようてきな量子りょうしコンピューターの実現じつげんに向むけて、最大さいだいの難関なんかんの一ひとつとされてきた特殊とくしゅな量子状態りょうしじょうたいのエラーが大幅おおはばに抑おさえられた。Googleの研究けんきゅうチーム「Google Quantum AI」は、量子りょうしプロセッサ「Willow」を用もちい、計算けいさんに不可欠ふかけつな「魔法状態まほうじょうたい」のエラーの発生はっせい確率かくりつを従来じゅうらいの手法しゅほうと比くらべて約やく40分ぶんの1に低減ていげんさせたと発表はっぴょうした。研究けんきゅう成果せいかは科学誌かがくし「Science」に掲載けいさいされた。

量子りょうしコンピューターが幅広はばひろい計算けいさんを実行じっこうするには、単たんにエラーを訂正ていせいするだけでなく、特定とくていの操作そうさを可能かのうにする「魔法状態まほうじょうたい」と呼よばれる特殊とくしゅな量子状態りょうしじょうたいが必要ひつようとなる。しかし、エラーの少すくない高品質こうひんしつな魔法状態まほうじょうたいを作つくるには大量たいりょうの量子りょうしビットや計算処理けいさんしょりが必要ひつようで、プロセッサの処理能力しょりのうりょくの最大さいだい95％がその生成せいせいだけに費ついやされる可能性かのうせいがあった。さらに、魔法状態まほうじょうたいは計算けいさんに使用しようすると消費しょうひされるため、必要ひつように応おうじて繰くり返かえし生成せいせいしなければならない。

この問題もんだいを解決かいけつするため、研究けんきゅうチームは「魔法状態まほうじょうたいの培養ばいよう」という手法しゅほうを物理的ぶつりてきなハードウェア上じょうで初はじめて実証じっしょうした。最初さいしょから完璧かんぺきな状態じょうたいを作つくろうとするのではなく、まずエラーを含ふくむ状態じょうたいを用意よういし、複数ふくすうの量子りょうしビットによる測定そくていで状態じょうたいを調しらべる。エラーが検出けんしゅつされた試行しこうを破棄はきし、問題もんだいがなかった場合ばあいだけ結果けっかを採用さいようする手法しゅほうだ。実験じっけんでは多おおくの試行しこうが破棄はきされ、最終的さいしゅうてきに採用さいようされたのは全体ぜんたいの約やく8％にとどまったものの、生成せいせいされた魔法状態まほうじょうたいの忠実度ちゅうじつどは約やく99.99％に達たっし、必要ひつような量子りょうしビットや処理しょりを大幅おおはばに削減さくげんできる可能性かのうせいを示しめした。

さらに研究けんきゅうチームは、培養ばいように適てきした「カラーコード」方式ほうしきで作つくった量子状態りょうしじょうたいを、より広ひろく研究けんきゅうされている「表面ひょうめんコード」方式ほうしきへ移うつす実験じっけんにも成功せいこうした。今回こんかいの成果せいかだけで実用的じつようてきな量子りょうしコンピューターが完成かんせいするわけではなく、大規模だいきぼな量子計算りょうしけいさんで継続的けいぞくてきに利用りようするには、さらに多おおくの量子りょうしビットを使つかった検証けんしょうや技術的ぎじゅつてきな改良かいりょうが必要ひつようとされる。研究けんきゅうチームは今後こんご、魔法状態まほうじょうたいの培養ばいようをより大規模だいきぼなシステムに拡張かくちょうし、実用的じつようてきな量子りょうしコンピューターの実現じつげんを目指めざす方針ほうしんだ。