米国国防高等研究計画局 (DARPA) のプログラムは、量子コンピューティングの分野で大きな進歩を達成したと主張しています。ノイズ中間量子デバイスの最適化 (ONISQ) プロジェクトは、論理量子ビット (量子ビット) を備えた世界初の量子回路を作成しました。
量子コンピューティングは、一見魔法のような、またはクレイジーな概念に基づいており、コンピューターに対する私たちの理解に革命をもたらす可能性があります。量子コンピューティングは、量子効果と比較的複雑な数学的知識を利用することで、情報処理の速度を古典的コンピューティングの数桁まで向上させ、人工知能、生化学、暗号学などの分野の発展を促進することができます。
これはすべて非常に印象的なことですが、量子コンピューティングを実験段階を超えて実現するのは非常に難しいことが判明しているため、途中でつまずきました。その理由の 1 つは、量子コンピューティングのエラー率が非常に高いためです。量子コンピューティングの原理は、古典的なコンピューティングの 1 と 0 のバイナリとは異なり、何かが 1、0、または同時に 1 と 0 の両方になり得るという事実に基づいているため、これは驚くべきことではありません。
重要なのは、これらのエラーが発生しやすい、または「ノイズの多い」プロセッサを、従来のシステムと組み合わせてより実用的なものにする方法を見つけることです。 DARPA の場合、これには、量子アルゴリズムのように動作し、2 状態量子システムのように動作する物理コンポーネントであるリュードベリ量子ビットに基づく高レベルの抽象化である論理量子ビットを開発することによって、防衛および産業で発生する最適化問題を解決することに重点が置かれています。
「リュードベリ量子ビットには、特性が均一であるという利点があります。つまり、各量子ビットは次の量子ビットと区別できないように動作します」と、DARPA 国防科学局の ONISQ プログラム マネージャーである Mukund Vengalattore 博士は述べています。 「これは、超伝導量子ビットなどの他のプラットフォームでは当てはまりません。各量子ビットは固有であり、したがって交換可能ではありません。」
「リュードベリ量子ビットの均一性により、量子回路上の量子ビットの迅速なスケーリングが可能になり、量子回路上のレーザーで簡単に操作したり移動したりすることもできます。これにより、量子ビットを順番に接続して量子ビット操作を実行し、チップ全体にエラーを伝播させるというエラーが発生しやすい現在のアプローチが克服されます。量子回路の順次実行に限定されない、量子チップ上の量子ビットの動的な再構成を想像できるようになりました。レーザーを使用できるようになりました。ピンセットを使用して量子ビットのコレクション全体 (すべての量子ビット) を回路内のある場所から別の場所に移動し、演算を実行してから元の場所に戻すことができます。 「動的に再構成可能で移動可能な Redburg 論理量子ビットは、スケーラブルな量子コンピューティング プロセッサの設計と構築にまったく新しい概念とパラダイムを開きます。」
現在、DARPA は 48 個の論理量子ビットを接続していますが、実用的な量子コンピューターに必要な複雑さのレベルを達成するには、さらに多くの論理量子ビットが必要です。ただし、これはフォールトトレラント量子コンピューターに必要と当初想定されていた数百万量子ビットよりもはるかに少ないでしょう。
「3年前にONISQプログラムの開始時に誰かが、リュードベリ（非常に高い主量子数を持つ1つ以上の電子を持つ励起原子）中性原子が論理量子ビットとして機能する可能性があると予測していたら、誰も信じなかっただろう」とDARPA技術顧問のグイド・ズッカレロ博士は述べた。
これは、これらのあまり研究されていない量子ビットと、より研究されているイオンおよび超伝導回路の可能性に賭ける DARPA の方法です。 ONISQ は探索的プログラムとして、研究者に最適化の焦点を超えた独自の新しいアプリケーションを探索する余地を与えます。したがって、ハーバード大学主導のチームは、これらのレッドバーグ量子ビットの可能性をさらに活用し、論理量子ビットに変換することができました。これは非常に重要な発見です。