量子コンピューティングにおける大きな進歩は、動的再構成が可能であり、2 量子ビットもつれゲートで低いエラー率を示すハーバードの新しいプラットフォームによって達成されます。 Nature誌に最近掲載された論文で強調されているこの画期的な進歩は、量子誤り訂正の課題を克服する上での大きな進歩を示し、ハーバード大学の技術を他の主要な量子コンピューティング手法と同等のものにしました。 MITなどと協力して行われたこの研究は、スケーラブルな誤り訂正量子コンピューティングに向けた重要な一歩となる。

ハーバード大学のチームが開発したエラー削減手法は、テクノロジーの拡張における重大な障害に対処します。

量子コンピューティング技術は、今日の最先端のスーパーコンピューターをはるかに上回る機能を備え、前例のない速度と効率を実現する可能性を秘めています。しかし、この革新的な技術は、主にエラー訂正における固有の制限のため、まだ広く普及または商業化されていません。量子コンピューターは、古典的なコンピューターとは異なり、エンコードされたデータを繰り返しコピーすることでエラーを訂正することができません。科学者は別の方法を見つけなければなりません。

今回、Nature に掲載された新しい論文は、ハーバード大学の量子コンピューティング プラットフォームが長年の量子誤り訂正の問題を解決できる可能性を実証しています。

ハーバード大学チームを率いるのは、ジョシュア・アンド・ベス・フリードマン大学物理学教授でハーバード量子イニシアチブの共同ディレクターである量子光学の専門家ミハイル・ルーキン氏です。 『Nature』誌で報告されたこの研究は、ハーバード大学、MIT、ボストンに拠点を置く企業 QuEra Computing の共同研究によるものです。ジョージ・バスマー・レバレット物理学教授のマーカス・グライナー氏の研究グループもこの研究に参加した。

数年間の研究を経て、ハーバード大学のプラットフォームは、レーザーで捕捉された非常に冷たいルビジウム原子のアレイ上に構築されました。各原子はビット (量子の世界では「量子ビット」と呼ばれます) のようなもので、非常に高速な計算を実行できます。

研究チームの主な革新は、原子を移動したり接続したり（物理用語​​で「エンタングルメント」と呼ばれる）することで、計算中にレイアウトを動的に変更できるように「中性原子配列」を構成することだ。絡み合った原子のペアに対する演算は、計算能力の単位である 2 量子ビット論理ゲートと呼ばれます。

量子コンピューターで複雑なアルゴリズムを実行するには、多くのゲートが必要です。ただし、これらのゲート操作はエラーが発生しやすいことで知られており、エラーが蓄積するとアルゴリズムが役に立たなくなる可能性があります。

新しい論文でチームは、その2量子ビットもつれゲートがほぼ完璧に機能し、エラー率が極めて低いと報告している。彼らは、0.5% 未満のエラー率で原子をもつれさせる能力を初めて実証しました。これにより、動作品質の点で、超伝導量子ビットやトラップされたイオン量子ビットなど、他の主要な種類の量子コンピューティング プラットフォームと技術的パフォーマンスが同等になります。

強みと将来性

ただし、ハーバード大学のアプローチには、システム サイズが大きく、効率的な量子ビット制御、原子レイアウトを動的に再構成できる機能があるため、これらの競合他社に比べて大きな利点があります。

筆頭著者の Simon Evered は、ハーバード大学グリフィン芸術科学大学院のルーキン研究グループの学生です。同氏は、「現在の誤り率は十分に低いため、原子を論理量子ビットに結合した場合（情報は構成原子間で非局所的に保存される）、これらの量子誤り訂正された論理量子ビットの誤りは個々の原子の誤りよりも低くなる可能性がある」と述べた。

ハーバード大学チームの研究の進歩は、元ハーバード大学大学院生のジェフ・トンプソン氏（現在プリンストン大学）と元ハーバード大学博士研究員マヌエル・エンドレス氏（現在カリフォルニア工科大学）が率いる他のイノベーションと同様に、ネイチャー誌の同じ号で報告された。これらの開発を総合すると、量子誤り訂正アルゴリズムと大規模量子コンピューティングの基礎が築かれます。これらすべては、中性原子の配列での量子コンピューティングが大きな可能性を示していることを意味します。

「これらの貢献は、スケーラブルな量子コンピューティングにおける並外れた機会への扉を開き、この分野全体の将来にとって真にエキサイティングな時代をもたらします」とルーキン氏は述べた。

参考文献SimonJ.Evered、DolevBluvstein、MarcinKalinowski、SepehrEbadi、TomManovitz、HengyunZhou、SophieH.Li、AlexandraA.Geim、ToutT.Wang、「中性原子量子コンピュータ上の高忠実度並列エンタングルメントゲート」Nishad Maskara、Harry Levine、Giulia Semeghini、Markus Greiner、Vladan著ヴレティッチ、ミハイル・D・ルーキン、2023年10月11日、ネイチャー。

DOI:10.1038/s41586-023-06481-y

コンパイルされたソース: ScitechDaily