マイクロソフトとQuantinuumが量子コンピューティングのノイズを低減する方法を報告
アラン・ボイル著
マイクロソフトとクォンティニウムは、データ処理のエラー率を800分の1に削減できる量子コンピューティングシステムを実証したと発表した。
「本日は量子エコシステム全体にとって大きな成果を意味する」とマイクロソフトの戦略ミッションおよびテクノロジー担当エグゼクティブバイスプレジデント、ジェイソン・ザンダー氏はこの成果に関するブログ投稿で述べた。
量子コンピューティングは、データ暗号化やシステム最適化から新しい合成材料の開発に至るまで、特定の種類の問題を、従来のコンピュータでは実現不可能な時間スケールで解決できる可能性があります。「スケール化された量子コンピュータは、従来のコンピュータの限界を超えた量子レベルで分子や原子の相互作用をシミュレートする能力を提供し、私たちの世界に前向きな変化をもたらす触媒となり得る解決策を解き放つでしょう」とザンダー氏は述べています。
成功の秘訣は、計算結果が読み出されるまで複数の値を表現できる量子ビット、つまりキュービットにあります。キュービットは通常、超伝導回路、欠陥のあるダイヤモンド、レーザー冷却イオンなどの特殊な材料を利用しています。
大きな課題の一つは、量子ビットが「ノイズ」を多く含む傾向があることです。つまり、摂動の影響を受けやすく、エラーを引き起こします。研究者たちは長年にわたり、量子ビットの忠実性を維持し、発生したエラーを修正する方法を模索してきました。こうした戦略では通常、複数の物理量子ビットを連結して単一の「論理量子ビット」を表現することが求められます。
ほんの数年前、マイクロソフトの研究者たちは、量子コンピュータが古典コンピュータよりも優位性を発揮するには、少なくとも100万個の物理量子ビットが必要だと述べていました。しかし、これは1つの論理量子ビットを生成するのに数千個の物理量子ビットが必要だと考えられていたためです。誤り訂正に必要な物理量子ビットの数が少なくなれば、実用的な量子コンピュータの構築が容易になります。
新たに報告されたデモンストレーションでは、その課題に対処しています。Microsoft と Quantinuum は、わずか 30 個の物理量子ビットから 4 つの非常に信頼性の高い論理量子ビットを作成したと述べています。
「このシステムにより、14,000件以上の個別の実験をエラーなく実行できました」とザンダー氏は語った。
マイクロソフトの Dennis Tom 氏と Krysta Svore 氏は技術ブログの投稿で、量子ビット仮想化システムを使用して、Quantinuum のイオントラップ ハードウェアの信頼性を 800 倍向上させたと書いています。Tom 氏は Azure Quantum のゼネラル マネージャーであり、Svore 氏はマイクロソフトの高度量子開発担当副社長です。
「エラー率が800倍改善されると、信号は29dB改善され、これは高品質のノイズキャンセリングヘッドセットで達成される改善と同じです」とトムとスヴォレは述べています。
この比較は特に適切だ。「ヘッドフォンのノイズキャンセリング機能をオンにして音楽を聴きながら、周囲のノイズの大部分を除去することは、私たちの量子ビット仮想化システムを適用することに似ている」と研究者らは述べている。
マイクロソフトは、クラウドベースのコンピューティングにおいて、従来のスーパーコンピューティングと量子処理の長所を組み合わせたハイブリッドアプローチを採用しています。ザンダー氏は、マイクロソフトの量子ビット仮想化システムの適用により、「現在のノイズの多い中規模量子（NISQ）レベルから、レベル2のレジリエントな量子コンピューティングへと進化する」と述べています。
「これらの論理量子ビットに基づく高度な機能は、今後数か月以内に Azure Quantum Elements の顧客向けにプライベート プレビューで利用できるようになります」と彼は述べています。
マイクロソフトはすでに次のレベルを見据えています。
「レベル 3 では、特に化学や材料科学などの分野における最も困難な問題のいくつかを解決し、大規模な量子コンピューティングと従来のスーパーコンピューティングや AI の最高の技術を組み合わせた新しいアプリケーションを実現できると期待しています。これらはすべて Azure Quantum クラウドに接続されます」とザンダー氏は述べています。
量子フロンティアにおける進歩を報告しているテクノロジー企業はマイクロソフトだけではありません。この分野における他の最近の進展を以下にまとめました。
- Amazon Web Services（AWS）は、データ処理中に発生するエラーのほとんどを「消失エラー」と呼ばれる種類のエラーに変換する新しいタイプの量子ビットを実証したと発表した。AWSによると、消失エラーの検出と訂正により、エラー訂正のオーバーヘッドが大幅に削減される可能性がある。「長期的には、これは、現在1つの論理量子ビットを構成するのに必要な物理量子ビットが1,000個であるのに対し、100個で済む可能性があることを意味する」とAmazonの広報担当者はGeekWireへのメールで述べた。
- IonQは、サウスカロライナ・クオンタム社と戦略的契約を締結し、学術機関を含むパートナー企業に量子コンピューティングの能力とサービスを提供すると発表しました。IonQとサウスカロライナ・クオンタム社は、トレーニングコースの開発と、パルメット州における量子技術の導入促進において提携します。IonQの本社はメリーランド州にありますが、2月にワシントン州ボセルに量子コンピュータの開発・製造施設を正式に開設しました。
- IBMは、従来の方法に比べて約10倍効率の高い誤り訂正符号を開発したと発表した。この計算アーキテクチャは、数学用語の「12ダース」（12×12、つまり144）にちなんで「グロス・コード」と呼ばれている。この符号は、データの保存に144量子ビット、エラーチェックにさらに144量子ビットを必要とする。結果として得られる288量子ビットのアレイは、12個の論理量子ビットを約100万サイクルのエラーチェックで保護することができる。IBMの研究は、先週発行のNature誌の表紙を飾った。
