量子コンピュータのパフォーマンスを向上させる新しい方法

• 研究者は、量子コンピューティングのパフォーマンスを向上させるための理論的手法を設計しています。
• この方法は動的デカップリングとして知られており、2台の小規模量子コンピューターで機能しました。
• エンコードのオーバーヘッドを必要とせず、量子ゲートをデカップリングパルスに変換することで機能します。

量子コンピューティングの概念は1980年代初頭に導入されました。アイデアは、バイナリビットの代わりに量子ビット（状態の重ね合わせになり得るキュービット）を使用して、安全かつ非常に高速で計算を実行することです。

30年経った今でも、量子コンピューティングの分野はまだ揺籃期にあります。量子計算が少数の量子ビットで実行された何百ものテストが実施されましたが。

量子コンピューターは、今日のスーパーコンピューターよりも数百万倍高速であると予想されており、金融、防衛、情報技術、および製薬業界に革命を起こす可能性があります。それらは原子の振る舞いを利用して、非常に高速で非常に複雑なタスクを実行します。

ただし、いくつかの制限があります。それらはエラーが発生しやすく、操作を維持するために安定性が必要です。通常、それらは適切に機能せず、悪い結果を生み出します。世界中の研究者は、どのタスクでも従来のコンピューターよりも優れた量子機械を実現することができていません。

現在の量子コンピューターの主な問題は「ノイズ」、つまり振動、温度、音によって引き起こされる外乱です。それはデコヒーレンスを生成し、量子状態の持続時間を乱すことによってキュービットを不安定にする可能性があります。これにより、量子機械が（エラーなしで）タスクを正確に実行できる時間が短縮されます。

デコヒーレンスが多すぎる量子機械は役に立たない。この問題を解決できれば、量子コンピューティングが従来のコンピューターよりも実用的で生産性が高くなるところまで到達できます。

最近、南カリフォルニア大学の研究者は、量子コンピューティングのパフォーマンスを改善するための理論的な方法を明らかにしました。結果の忠実度を高めながら、誤った計算を最小限に抑えることで、現在の量子コンピューターの弱点に対処します。この方法は動的デカップリング（DD）として知られており、2台の量子コンピューターで機能しました。

DDは、システムに適用されるパルスの適用を通じてデコヒーレンスを抑制するために開発されました。これにより、システムと環境の間の相互作用が、時間依存の摂動理論で特定の順序にキャンセルされます。全体として、エンコードのオーバーヘッドを必要とせず、量子ゲートをデカップリングパルスに変換することで機能します。

参照：物理的レビューレター| doi：10.1103 / PhysRevLett.121.220502 | USC

これらのテストの時系列は非常に小さく、0.6マイクロ秒以内に200パルスが記録されました。

今日の量子機械に動的デカップリングを適用する

研究者は、2つの量子コンピューター（IBMの16キュービットQX5とRigettiの19キュービットAcorn）でDDをテストし、他の方法よりも簡単で信頼性が高いことを発見しました。既存の小規模なクラウドベースの量子コンピューターでの実装に適しています。

8キュービット量子プロセッサ|画像クレジット：Rigetti Computing

この方法は、もつれた2量子ビット状態をある程度保護することができます。動的デカップリングのさまざまなシーケンスにより、ディフェージングと自然放出エラーの両方を軽減できます。以前の研究とは異なり、量子エラー訂正コードを使用しなかったため、自然なデコヒーレンスに対する忠実度が大幅に向上しました。

IBMのQX5の最終的な忠実度は28.9％から88.4％に跳ね上がりましたが、RigettiのAcronの場合は59.8％から77.1％に向上しました。研究者はまた、より多くのプラスが常に忠実度の向上を可能にし、Rigetti量子コンピューターでより長い期間持続できることを発見しましたが、IBMコンピューターでは約100パルスの制限がありました。

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全体として、この研究は、動的デカップリングメカニズムが既存の量子誤り訂正技術よりもはるかにうまく機能することを示しています。