東京大学の研究グループは、従来不可能とされた、量子コンピュータの内部で発生する量子的なエラーの影響の追跡を正確かつ高速に評価する数値計算手法を新たに提案した。

 量子コンピュータは、量子力学の「重ね合わせの原理」を活用して計算する技術。素因数分解や量子化学計算などの問題を超高速に解けるとされ、その開発が世界中で進められている。

 実際の量子コンピュータは、わずかにエラーをもつ素子(量子ビット)を組み合わせて作られるので、それを訂正しながら計算を続ける仕組みの「量子誤り訂正」が必要。その設計には、素子のエラーをどの程度低減できれば誤り訂正がうまくいくのかを見積もることが重要だ。

 しかし、量子コンピュータが高速のため、この見積もりの計算は通常のコンピュータでは追いつかず、「量子コンピュータの設計には量子コンピュータが必要」というジレンマが生じる。

 研究グループは、量子コンピュータが量子的なエラーを訂正していく機構と、「フェルミ粒子」の運動を表す物理モデルとが同一と見なせることを示した。複雑な重ね合わせの状態を経由していくように見える機構が、粒子の運動とみなすことで、通常のコンピュータで計算できる単純な時間変化に置き換えられる。これにより、従来不可能とされた、量子的なエラーを考慮した素子に要求される性能を、通常のコンピュータで高速かつ正確に計算することができる。
 
 今回の手法により、実用的な量子コンピュータの開発促進が期待される。また、複雑な重ね合わせ状態の中に「見かけだけ」のものがあるという発見は、「量子コンピュータはなぜ速いのか」という根本的な問題の解明により深く迫るものといえる。

論文情報:【Physical Review Letters】Efficient simulation of quantum error correction under coherent error based on nonunitary free-fermionic formalism

東京大学

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