北海道大学と京都大学の研究グループは、光を用いた量子コンピュータを現在の技術レベルで実現させる方法を開発した。

 量子コンピュータは、量子力学の「重ね合わせの原理」を利用することで、素因数分解、分子の性質・化学反応のシミュレーションなどを現在のコンピュータよりはるかに高速に処理できることが期待されており、世界各国で盛んに研究・開発されている。

 量子コンピュータの基本単位(量子ビット)として、超伝導の磁束、電子のスピンなど様々な候補がある。研究グループは大規模な量子計算の実現に有利とされる光に注目してきた。しかし、光を用いると誤りが発生しやすく、量子計算の実現には、光波の振幅の精度(分散)を通常のレーザ光のノイズの40分の1以下にする必要がある。これで誤りの発生は370兆回の演算当り1回以下になるが、現在の技術レベルでは達成が非常に困難だった。

 そこで今回、誤りを起こした可能性の高い量子ビットを取り除く手法を提案。これを「量子もつれ」(注)状態の生成に応用し、誤りに強い大規模な量子もつれ状態を構築できることを理論的に確認した。この手法を量子計算に適用した結果、振幅の精度(分散)が通常のノイズの10分の1以下であれば量子コンピュータが実現可能になった。これは約1万回の演算当り1回以下の誤りでよく、従来方式と比べて約100億倍誤りに強い方式の開発に成功した。この誤り率であれば現在の技術レベルでも到達可能となった。

 今回の研究は、光を用いた量子コンピュータの現実的な構成法を世界で初めて明らかにした先駆的な研究であり、この分野の発展をさらに加速させることが期待される。

(注)複数の量子間における、状態の「重ね合わせ」による特異な相関関係のこと。

論文情報:【Physical Review X】High-Threshold Fault-tolerant Quantum Computation with Analog Quantum Error Correction

京都大学

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大学ジャーナルオンライン編集部

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