IBM Quantumの研究者らは、これまでに報告された中で最大のグリーンバーガー・ホーン・ツァイリンガー(GHZ)状態の生成に成功しました。この状態は120個の超伝導量子ビットで構成されています。「Big cats: entanglement in 120 qubits and beyond」と題された論文で詳述されたこの実験では、測定されたフィデリティが0.56(3)に達し、すべての量子ビットにわたる真の多者間エンタングルメントを確認するために必要な0.5の閾値を上回りました。
このリソース状態は、固定周波数で結合可能な超伝導プロセッサ上で生成されました。この達成は、新しいコンパイラフレームワーク内のいくつかの専門的な技術によって可能になりました。
多数の粒子を忠実にエンタングルさせる能力は、量子ハードウェアと制御の品質を測る重要なベンチマークであり、耐障害性量子コンピューティングに向けた進歩を示しています。IBMは、直接フィデリティ推定(DFE)とパリティ振動テストという2つの統計的手法を用いてフィデリティを検証しました。これらの手法は、完全な状態を古典的にシミュレートすることができないため必要とされています。
ベンチマークとしての意義を超えて、これらの大規模GHZ状態は、量子秘密鍵配送(SKQD)を含むさまざまな量子プロトコルやアルゴリズムを実行するために使用できるリソース状態です。
この研究の詳細については、arXivの論文で確認できます。
背景
グリーンバーガー・ホーン・ツァイリンガー（GHZ）状態とは、複数の量子ビットが互いに強く結びついた特殊な状態のことです。この状態では、量子ビットのどれか一つを測定すると、他のすべての量子ビットの状態が瞬時に決まるという性質を持ちます。記事にある通り、120個の量子ビットでこの状態を作り出すことは、量子ハードウェアの制御精度を測る重要な指標となります。
また、フィデリティ（忠実度）は、実際に生成された量子状態が、理論的に理想とされる状態とどれだけ一致しているかを示す数値です。記事では、120個の量子ビットにわたる真の多者間エンタングルメントを確認するために必要な閾値として0.5が設定されており、今回の実験で達成された0.56はこの基準を上回ったことを意味します。
さらに、完全な状態を古典的なコンピュータでシミュレーションすることができないほど規模が大きくなると、従来の検証方法では正確な評価が困難になります。そのため、IBMは直接フィデリティ推定やパリティ振動テストといった統計的手法を用いて、生成された状態の質を正確に検証しました。
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2025年11月3日
