東京大学工学系研究科の古澤明教授と武田俊太郎助教は、ループ構造を持つ最小規模の回路構成で大規模な量子計算を実行できる究極の光量子コンピュータ方式を発明した。

 量子コンピュータは、現代のスーパーコンピュータでも膨大な時間がかかる計算を一瞬で解くとされる新しい動作原理のコンピュータ。その応用は、データベース検索の高速化や自然現象のシミュレーション、機能性材料・医薬品の開発など多岐に渡り、世界中さまざまなシステムで汎用量子コンピュータの開発が進められている。しかし、どのシステムでも大規模化が積年の課題となっており、現在でも数十量子ビットの計算までしか実現されていない。

 そのような中、古澤教授と武田助教が発明したのが、ループ構造を持つ光回路を用いた新手法だ。計算の基本単位となる1つの量子テレポーテーション回路を無制限に繰り返し用いて大規模な量子計算を行うというアイデアを利用している。

 ループ内で光パルスを周回させておき、1個の量子テレポーテーション回路の機能を切り替えながら繰り返し用いることによって、どれほど大規模な計算でも実行可能であることが本方式の強み。原理上100万個以上の量子ビットの処理が可能と見込まれる。その上、最小規模の光回路しか必要としないため、大規模な量子コンピュータの実装に必要なリソースやコストを大幅に減少させることができ、光量子コンピュータ開発にイノベーションをもたらすと期待されている。

 今後は、本方式の光量子コンピュータにおける計算精度や各種アルゴリズムの実装方法について解析を進めながら、実際に本方式での大規模量子コンピュータ開発に取り組んでいくとしている。

論文情報:【Physical Review Letters】Universal quantum computing with measurement-induced continuous-variable gate sequence in a loop-based architecture

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