Nature の表紙: 量子コンピューターの実用化まであと 2 年

IBMが量子コンピューターが早ければ2年以内に実用化されると発表！

IBM チームは、Eagle 量子プロセッサ上で磁性材料の挙動をシミュレーションすることに成功しました。

これは、量子コンピューティングの実用化への最大の障害が解決されたことを示しています。

△「Eagle」チップを搭載した量子コンピュータ

この障害は「量子ノイズ」と呼ばれ、計算結果が乱れてしまう原因となります。出ますが間違いです。

研究チームは、プロセッサ内の各量子ビットのノイズを 1 つずつ測定し、ノイズがゼロの場合のシステムの状態を推測しました。

観察と推測に基づいて、チームは新しい「エラー軽減」テクノロジーを開発しました。

このテクノロジーを使用して、チームは 127 量子ビット Eagle プロセッサ上で複雑な演算を実行することに成功しました。

IBM 量子研究開発部門のシニア ディレクター、サラ シェルドン氏は、これまで解決できなかった問題を量子コンピューターを使用して解決することを想像できるようになったと述べました。

関連論文が『Nature』最新号に掲載され、表紙を飾りました。

この研究成果は、Nature Podcast最新号でも紹介されました。

番組中、司会者はIBMの動きは「非常に勇敢」だが、量子コンピューティングが楽観的でない中で「決定的な証拠がある」とコメントした。

今年後半、IBM は 1121 量子ビットの Condor チップもリリースする予定です。

ノイズを除去できない場合は、ノイズをキャンセルしてください。

量子もつれ効果の存在により、量子は 0 と 1 の 2 つの方法だけでなく、それらの重ね合わせ状態も存在します。 。

これにより、理論的には量子演算の効率が、0 と 1 の 2 つの状態しかない従来のコンピューターの効率よりも大幅に高くなります。

しかし実際には、量子コンピュータは実用化されていません。

理由はちょっと言葉にならないのですが、量子演算は高速ですが、エラー率も非常に高いのです。

エラーの原因は量子ノイズです。

ハイゼンベルクの不確定性原理によれば、環境は常に変動エネルギーに満ちており、温度が絶対零度のような低温であってもそれを排除することはできません。

量子粒子の終わりのない変動により、粒子が密集して衝突し、これが量子ノイズの原因となります。

単一量子の場合、ノイズによって引き起こされる誤差は大きくない可能性があります (1% 未満)。

しかし、量子コンピューターは多数の量子で構成される複雑なシステムであり、重ね合わせ後に各量子によって生成される誤差は無視できなくなります。

IBM は、量子ノイズの問題を解決することに加えて、量子プロセッサが一定の規模と計算速度を確保することも必要であると考えています。

量子ノイズを除去するプロセスは量子誤り訂正と呼ばれ、より多くの量子ビットを使用して量子ビットを記述し、誤りを訂正できるようにする方法です。

しかし、このアイデアの欠陥は明らかです。単純に、これほど多くの量子ビットを制御することはできません。

したがって、量子ノイズに対して、現在一般的に使用されている方法は、量子ノイズを直接除去するのではなく、その影響を相殺することです。

従来のキャンセル方法は、エラー情報をリアルタイムに監視してキャンセルアルゴリズムを確立することでしたが、量子ビット数が増加すると性能のボトルネックも発生します。

IBM チームは、このボトルネックを回避するための新しいオフセット方法を開発しました。

この方法の中核は、パルス ストレッチング (パルス ストレッチング) とゼロノイズ外挿 (Zero Noise E) という 2 つの主要なテクノロジーです。外挿)。

パルスストレッチングとは、各量子ビットの演算時間を延長することで量子誤差を増幅することで、観測がより容易になります。

このプロセスにおいて、IBMは物理学で一般的に使用されるイジングモデル(イジングモデル)を採用しました。

最も基本的な仮定は、相互作用は最も近いスピン間にのみ存在するということです。

特にこのプロジェクトでは、量子ビットの配置がモデル格子の配置を設定するための基礎となります。

同じ配置にもかかわらず、イジング モデルはプロセッサ ハードウェアとは独立して存在します。

# ゼロノイズ外挿は、さまざまな比率で増幅した後、収集されたエラー情報に基づいて関数を確立することです (収集量は、従来の方法）モデル。

ゼロ点値は関数モデルに基づいて外挿され、エラーがない場合の演算結果となります。

まだ一定の制限はありますが、この方法で一部のエラーをオフセットする量子プロセッサは、すでに一部の操作を実行できます。

IBM チームは、パフォーマンス評価とスーパーコンピューターとの比較のために、結果をカリフォルニア大学バークレー校に送信しました。

結果は、Eagle チップ駆動の量子コンピューターの計算結果が、従来のコンピューターの計算結果よりも実際の値にはるかに近いことを示しています。

# ただし、IBM の研究者は、このオフセット方法を使用してノイズの影響を排除するのは短期的な戦略にすぎないと指摘しました。

IBM は、プロセッサーに含まれる量子ビットの数も徐々に拡大しています。

研究者らによると、100,000 量子ビットを超えるプロセッサが 2033 年までに製造され、それまでに量子エラーは根本的に解決される予定です。

論文アドレス: https://www.nature.com/articles/s41586-023-06096-3

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