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自己修復量子コンピューター: エラーがなくフォールトトレラント

研究者は、次世代のテクノロジを構築するために、エラーがなくフォールトトレラントな量子システムを作成する方法を模索しています。

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クォンタムラン・フォーサイト
2023 年 2 月 14 日

洞察の要約

量子コンピューティングは、コンピューター処理におけるパラダイムシフトを表しています。これらのシステムは、従来のコンピューターでは数年、場合によっては数百年かかる複雑な計算を数分で解決できる可能性を秘めています。ただし、量子テクノロジーの可能性を最大限に引き出すための最初のステップは、出力を自己修復できるようにすることです。

自己修復量子コンピューティングコンテキスト

2019 年には、54 キュービットを含む Google Sycamore チップが、従来のコンピューターでは通常 200 年かかる計算を 10,000 秒で実行することができました。この成果は、Google の量子超越性の触媒となり、量子コンピューティングにおける主要なブレークスルーとして世界的に認められました。その後、これにより、この分野でのさらなる研究と進歩が生まれました。

2021 年、Sycamore は計算エラーを修正できることを実証することで、さらに一歩前進しました。ただし、プロセス自体は後で新しいエラーをもたらしました。量子コンピューティングでよくある問題は、従来のシステムに比べて計算の精度が依然として低いことです。

0と1の0つの状態を持つビット（1進数、コンピュータデータの最小単位）でデータを記憶するコンピュータには、エラー訂正機能が標準装備されています。ビットが XNUMX ではなく XNUMX になる場合、またはその逆の場合、この種の間違いを見つけて修正することができます。

量子コンピューティングにおける課題は、各量子ビット (キュービット) が 0 と 1 の状態で同時に存在するため、より複雑です。それらの値を測定しようとすると、データが失われます。長年の潜在的な解決策は、多くの物理量子ビットを XNUMX つの「論理量子ビット」 (量子アルゴリズムによって制御される量子ビット) にグループ化することでした。論理量子ビットは以前にも存在していましたが、エラー訂正には使用されていませんでした。

破壊的な影響

いくつかの研究機関や AI ラボは、自己修正可能な論理キュービットを作成する方法を研究しています。たとえば、米国に本拠を置くデューク大学と共同量子研究所は、2021 年に単一ユニットとして機能する論理量子ビットを作成しました。量子誤り訂正コードに基づいて、障害をより簡単に検出および訂正できます。さらに、チームは、前述のエラーによる悪影響を抑えるために、キュービットをフォールトトレラントにしました。この結果は、論理量子ビットがその作成に必要な他のどのステップよりも信頼性が高いことを初めて示したものです。

チームは、メリーランド大学のイオントラップシステムを使用して、レーザーで最大 32 個の個々の原子を冷却してから、チップ上の電極上に原子を吊るすことができました。各原子をレーザーで操作することにより、量子ビットとして使用することができました。研究者たちは、革新的な設計により、量子コンピューティングが現在のエラー状態から XNUMX 日で解放される可能性があることを実証しました。フォールトトレラントな論理量子ビットは、現代の量子ビットの欠陥を回避することができ、現実世界のアプリケーション向けの信頼できる量子コンピューターのバックボーンになる可能性があります。

自己修正または自己修復する量子コンピューターがなければ、正確で透明性があり、倫理的な人工知能 (AI) システムを作成することは不可能です。これらのアルゴリズムは、自動運転車の安全性やモノのインターネット (IoT) デバイスをサポートできるデジタルツインの実現など、その潜在能力を発揮するために大量のデータとコンピューティングパワーを必要とします。

自己修復量子コンピューティングの意味

自己修復量子コンピューティングへの投資のより広い意味には、次のようなものがあります。

リアルタイムでエラーをキャッチしながら、より大量のデータを処理できる量子システムを開発します。
自己修復だけでなく自己テストもできる自律型量子システムを開発している研究者。
量子研究とマイクロチップ開発への資金提供を増やして、数十億の情報を処理できるが、必要なエネルギーが少ないコンピューターを作成します。
トラフィックネットワークや完全に自動化された工場など、より複雑なプロセスを確実にサポートできる量子コンピューター。
すべてのセクターにわたる量子コンピューティングの完全な産業用アプリケーション。このシナリオが可能になるのは、企業が量子コンピューティングの出力の精度に十分な自信を持って意思決定を導き、高価値システムを運用できるようになったときだけです。