イェール大学のマイケル・デヴォレット氏が主導した実験は、次のことを証明しています。
キュービットとは
古典的コンピューティングの情報がやってくる1 または 0 に対応するビットの形式で。量子コンピューティングでは、量子ビットまたは「量子ビット」として知られる量子特性を持つ特別なデバイスに保存されます。
IBM 7 量子ビット デバイス。写真：フリッカー
イェール大学の研究室にてそれらは宇宙空間よりも100倍低い温度に冷却された超電導回路から作られています。各量子ビットは 1 または 0、あるいは奇妙なことに 1 と 0 の両方を同時に表します。この「量子並列性」は、量子コンピュータが計算を実行できる特性の 1 つです。潜在的には、従来のスーパーコンピューターで可能な速度よりも数桁高速になります。
量子コンピューティングの問題点は何ですか?
ただし、量子システムは脆弱です。 彼らは、デコヒーレンスという基本的な現象に悩まされています。デコヒーレンスとは、量子ビットに保存された情報が、環境との相互作用の結果として量子特性を急速に失うプロセスです。簡単に言うと、外部環境からの干渉はそのようなシステムの動作を妨げ、システムの動作を不可能にします。これにより、量子コンピューターがあらゆる場所に実装されることが妨げられます。
解決策はあるが、それほど単純ではない
量子誤り訂正、理論的には1995 年に発見された、このデコヒーレンスに対抗する手段を提供します。情報の量子ビットを、単一の量子ビットを表現するのに通常必要な量よりも大きなシステムにエンコードすることで保護します。
IBM 16 キュービット プロセッサ。写真：フリッカー
ただし、この大規模なシステムは影響を及ぼします環境はさらに攻撃的であり、エンコードされた量子ビットはより脆弱です。この効果と追加の誤り訂正コンポーネントに伴う複雑さのため、このプロセスは実際には量子ビットの寿命を延長しませんでした。研究者らは、実際には、たとえ未修正の量子ビットであっても損益分岐点になることは稀な出来事だと述べている。理論的な約束に反して、ほとんどの実験では、エラー訂正により量子情報のデコヒーレンスが高速化されます。
科学者たちは何をしましたか？
実験中、科学者たちは初めて次のことを示しました。システムの冗長性の向上、量子エラーのアクティブな検出と修正により、量子情報の安定性が向上することがわかりました。 「私たちの実験は、量子誤り訂正が真の実用的なツールであることを証明しました。これは単なる原理の実証ではありません」と物理学者は説明します。
科学者のグループは、量子情報の寿命を 2 倍以上に延ばすことに成功しました。彼らの誤り訂正量子ビットは 1.8 ミリ秒続きました。量子コンピューティングでは、すべてが迅速に起こります。
彼らはコードを使用して結果を達成しました2001年に開発された誤り訂正ソフトウェア。 「はい、私たちの分野では、理論的な提案とその実際の実装の間に遅れがあります」とマイケル・デボレット氏は説明します。
キュービットの図。クレジット: イェール大学
この記事の筆頭著者であるウラジミール・シヴァク氏は次のように述べています。パフォーマンスは、機械学習エージェントの使用によって部分的に達成されました。彼は、結果を改善するためにエラー修正プロセスをカスタマイズしました。
「唯一の突破口というものは存在しない」この結果を得ることができました。実際、これは過去数年間に開発されたさまざまなテクノロジーの組み合わせです。この実験では、現在 Google 研究者である Devoret の研究室の学生が説明したものを組み合わせました。
なぜそんなに重要なのですか？
量子コンピューティングの実際的な成功は、量子誤り訂正を使用して非常に高品質の量子ビットを作成できるかどうかに依存します。新しい実験により、量子コンピューティングに関する基礎的な仮定が確認されました。量子ビットの寿命を 2 倍にすることで、研究者たちは量子物理学の重要な理論を証明しました。 「これは非常に心強いことです」と研究著者らは結論づけています。
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表紙イラスト：ゲラルト