量子訂正

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ビデオ: 第10回量子コンピューティング 2023, 2月
量子訂正
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Anonim

グーグルは、72個の超伝導量子ビット(多くの状態を重ね合わせることができる量子ビット)で構成されるコンピューティングデバイスを作成できたことを発表しました。これは、多数の計算を並行して同時に実行することを意味します。これは新しい記録です。2016年に、ジョン・マルティニスが率いるGoogle Quantum Labは、9つの超伝導キュビット(ジョセフソン接合キュビット)のみで構成される量子コンピューターを作成しました。ロシア量子センターとNUSTMISISの研究所長であるカールスルーエ工科大学のアレクセイ・ウスティノフ教授は、以前、ロシアで最初の超伝導キュビットの作成に参加していました。 N + 1の編集者は、72キュービットの量子コンピューターが何に興味を持っているのか、そしてそれを使ってどのような目標を達成できるのかを彼に尋ねました。

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マティーニの研究室はトリッキーなことをしました。彼らは7x 7キュービットのマトリックスを作成すると発表し、その後7 x7がすべてを実行し始めました。たとえば、IBMとIntelはすでにそのようなデバイスを製造しており、現在テスト中です。一方、Googleは72キュービットのデバイスを展開しました。

この段階での量子レースの目標は、「量子優位性」を実証することです。つまり、多くの量子ビットを取り、いくつかの計算ステップを実行し、従来のコンピューターでは準備または計算できない複雑な状態を作成します。現在、ユーリッヒにあるドイツの科学センターにあるスーパーコンピューターの助けを借りて、46キュービットのデバイスを計算することが可能になりました。さらに、次の各キュービットは計算の複雑さを2倍にすることに留意する必要があります。

しかし、優位性を実現する前に、量子コンピュータの誤り訂正の方法を考え出し、実際にテストする必要があります。量子ビットの量子状態は非常に脆弱であり、さまざまな種類の干渉によって簡単に破壊されます。量子ビットが多いほど、システムを正しい状態に保つことが難しくなります。今日の最良のエラー訂正アルゴリズムは、物理学者のAlexey Kitaevによって開発されました。これは、いわゆる「表面符号」です。

これは、キュービットが平面上でずらされているのに対し、「白いセル」は論理演算を実行するために使用されるキュービットであり、「黒い」セルはエラーを制御するために使用されるという事実にあります。つまり、2つの「白い」キュービットの間にある「黒い」キュービットは、状態のパリティをチェックします。片側でエラーが発生すると、このキュービットのパリティが変化し、エラーが発生したことが明らかになります。エラーが両側から同時に発生した場合にのみ(これは非常にまれです)、キュービットはエラーに気づきません。

この原理は、Martinisグループが9つの超伝導キュビットのデバイスで使用しました。4つの「動作」キュビットがあり、さらに5つがエラーの検出に使用されました。チェス盤を大きくすると、第1レベルだけでなく、第2レベルのエラーも修正できます。つまり、1つのエラーを修正してから、このチェス盤の領域を確認します。より大きなサイズのパリティの場合。

キタエフのアルゴリズムを使用すると、このような個々の領域のネストを使用してエラーチェックを行い、それに応じてそれらを修正できます。

理論的な仮定によれば、起こりうるすべてのエラーを排除できる量子ビットの数は有限です。つまり、正しく動作できる量子コンピューターを作成できます。これらの仮定を実際に証明することは残っています。

マティーニと彼の同僚が作った装置の場合、量子優位性の証明の話はまだありません。彼らは、多くの物理的キュービットから組み立てられたこの論理キュービットが、これらの個々のキュービットのそれぞれよりも長く、望ましい量子状態を維持できることを示すことを望んでいます。彼らがこれを行うことができれば、それは一歩前進であり、それは原理的に自己修正量子コンピューターを構築する希望があることを示すでしょう。

もちろん、これらのマルチキュービットデバイスを計算に使用して、従来のコンピューターでは不可能な結果を​​得ることができますが、エラーの割合が高いため、このメリットはわずかです。

いずれにせよ、そのようなシステムが正常に機能するためには、数千倍に増やす必要があります。つまり、数万の物理キュービットからデバイスを組み立てて、1ダースの論理キュービットを取得する必要があります。技術的には、これはそれほど難しいことではありません。ジョセフソン接点での超伝導キュビットは数百万単位で作成できるため、半導体プロセッサと同じ原理に従って作成されます。

ただし、キュービットエラーを修正し、実際に計算に使用できるアーキテクチャを構築してテストする必要があります。これは、マルティニス研究所とその競合他社が現在行っていることです。

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