8月12日のクオンタムビュー、お届けします。この24時間に入ってきたニュースは全部で5本です。まずは5本をざっと紹介して、そのあと気になったものを久保田さんと詳しく見ていきます。
それでは5本、順に紹介していきます。
まず量子コンピュータの基礎技術に関する研究から3本です。中性原子アンサンブルによる高速量子インターコネクトでは、光を閉じ込める共振器を使わずに、離れた量子ビット同士をもつれさせる新しい接続方式が提案されました。量子プロセッサ上の“分数量子ホール工場”：クラスター化された非可換状態を定深度で準備では、IBMのHeronプロセッサ156量子ビットすべてを使い、特殊な量子状態を効率よく作り出す枠組みが示されました。ハイブリッド超伝導量子ビット・キャビティプロセッサで動的量子回路の優位性を実証では、計算途中で量子ビットを測定・再利用する方式を使い、超伝導プラットフォーム上で初めてショアのアルゴリズムを動かすことに成功しました。
続いて中国の実証実験と、米国政府調達の動きです。HefeiのスタートアップとUSTCが16量子ビットオンチップフォトニックMBQCアーキテクチャを実証では、中国のGuizhen Chipと中国科学技術大学のチームが、1枚のチップ上で16量子ビット分の測定ベース量子計算を実証しました。QuSecureのQuProtect R3 PQCプラットフォームがCarahsoftのGSA Scheduleコントラクトに追加では、量子時代に備えた暗号ソフトが米国政府の調達リストに加わったことが伝えられました。
この5本のうち、今日は中性原子アンサンブルによる高速量子インターコネクト、量子プロセッサ上の“分数量子ホール工場”：クラスター化された非可換状態を定深度で準備、ハイブリッド超伝導量子ビット・キャビティプロセッサで動的量子回路の優位性を実証の3本を詳しく見ていきます。まずは1本目からです。
中性原子アンサンブルによる高速量子インターコネクトについてです。離れた量子ビット同士をつなぐ新しい方式が提案されました。光を閉じ込める共振器を使わずに、イッテルビウム原子の特殊な励起状態を利用します。この方式で、毎秒3×10の5乗回、つまり30万回以上のもつれ生成が可能だと示されました。これは今の中性原子方式の量子コンピュータが内部で行う2量子ビット演算の速さに迫る水準だそうです。
久保田さん、光共振器を使わずに済むという点は、装置づくりの上でどれくらい大きな違いになるんでしょうか。
一言で言うと、部品を減らして同じ速さを出せる目処が立った、ということです。光共振器は原子と光を強く結びつけるための精密な鏡の組ですが、これを積み重ねるほど装置は複雑になり、拡張が難しくなります。共振器なしでも2量子ビット演算に迫る速度が理論上出せると示せたのは、複数の装置をつないで規模を広げる道にとって前進です。ただしこれはまだ解析上の結果です。実際の実験でその速度と忠実度が同時に確認され、複数台をつないだ形で動くところまで示されて、初めて分散型量子計算への現実的な一歩と言えます。
「解析上の結果」というのは、実験で確かめたわけではなく、計算で見積もった段階だということですね。つまり、部品は減らせそうだが、実機での速度と精度の確認はこれからということですね。
量子プロセッサ上の“分数量子ホール工場”：クラスター化された非可換状態を定深度で準備についてです。IBMのHeronプロセッサが持つ全156量子ビットを使い、特殊な量子状態を一定の浅い回路で作り出す枠組みが示されました。パラフェルミオンのリード・レザイZ3状態は8個から118個の量子ビットで、深さ3という浅さのまま準備できたそうです。より複雑なZ4状態も、104個の電子に相当する154量子ビットの規模まで実現できたとのことです。
久保田さん、量子ビットの数が増えても回路の深さが変わらないという点、これはどれくらい珍しい結果なのでしょうか。
珍しさで言えば、かなり際立った結果です。ふつうは量子ビットが増えるほど回路も深く積む必要がありますが、今回はエキゾチックな非可換状態ほど深さ3のまま156量子ビットまで伸ばせています。これで、通常の実験では作りにくい状態を量子プロセッサ上で系統的に量産できることが変わりました。まだ示されていないのは、このブレイディングデータがどこまで誤り耐性のある計算操作に使えるかです。実際に情報を保護しながら演算に使う実証が出れば、決定的な一歩になります。
「量産できる」というのは、条件を変えても同じ手順を使い回して作れるということですね。つまり、珍しい量子状態を効率よく作れるようになった一方で、それを実際の計算保護にどう活かせるかはこれからだ、ということですね。
ハイブリッド超伝導量子ビット・キャビティプロセッサで動的量子回路の優位性を実証についてです。高次元のキャビティを計算の器として使い、超伝導トランズモンを繰り返し測定・再利用する方式が実証されました。10ビットのバーンシュタイン・ヴァジラニアルゴリズムは平均82％の成功確率、8ビットの量子位相推定は誤差1000分の1未満、そして超伝導方式では初めてショアのアルゴリズムを動的回路で動かし、15の素因数分解で一致度99.8％以上を達成したとのことです。
久保田さん、この一台で難易度の異なる3種類のアルゴリズムを段階的に成功させた、という点は何を裏付ける結果なのでしょうか。
裏付けになっているのは、一つのハイブリッド構造が難易度の異なる計算を段階的にこなせるという汎用性です。測定してリセットし再利用する動的回路により、物理量子ビットを増やさずに複雑な処理をこなせることが具体的に示されました。ショアのアルゴリズムが超伝導方式で動的回路として動いたのも今回が初めてです。まだ示されていないのは、15より大きな数での素因数分解や、量子ビット数をさらに増やしたときも成功確率が保たれるかどうかです。規模を広げても精度が落ちないと分かれば、実用的な計算資源としての位置づけが固まります。
「汎用性」というのは、一つの装置で難しさの違う複数の計算をこなせる応用力の広さということですね。つまり、今回の装置は小さな成功にとどまらず、規模や精度を上げても崩れないかがこれからの焦点だ、ということですね。
今日の3本は、正直ばらばらの方向を向いています。中性原子は装置をつなぐ話、Heronの分数量子ホールは量子プロセッサを物理の実験台として使う話、ハイブリッド超伝導は一台の中で計算を効率化する話です。共通するのは、どれも次の一歩が「規模や精度を上げても崩れないか」という確認待ちの段階にあることです。次に見ておくべきは、この3方向のうちどれかで実機による確認が先に出てくるかどうかだと思います。
規模や精度が実機で崩れないか、その確認待ちの3本でした。また明日の夜、この時間にお会いしましょう。
