AIに聞く
誤り耐性のない中規模の量子コンピュータには計算結果に誤りが含まれるため、複数の量子ビットで多数決をして正しい結果を得る。そのため実用的な計算機には１００万量子ビット必要とされるが、その根拠は何か？
答え
誤り耐性のない中規模の量子コンピュータにおいて、計算結果に誤りが含まれるため、冗長性の導入が必要です。冗長性は、複数の量子ビットを使用して情報をエンコードし、それらのビットの状態を比較・統計的に処理することで、誤りを検出・訂正するメカニズムです。
量子ビットは環境のノイズや量子ゲートのエラーによって誤りが生じる可能性があります。単一の量子ビットでは、誤り訂正ができないため、複数の量子ビットを使用して冗長性を持たせる必要があります。
量子誤り訂正の一般的な手法の1つは、表面コードと呼ばれるものです。表面コードでは、複数の量子ビットをグリッド状に配置し、エラー訂正のための操作を施します。一般的に、表面コードでは1つの論理量子ビット（エラー訂正された情報を格納する量子ビット）をエンコードするために数百から数千の物理量子ビットが必要です。
量子誤り訂正にはさまざまなアプローチがあり、その中にはより効率的なエラー訂正手法も存在します。しかし、現在の技術では、実用的な誤り耐性のある量子コンピュータを構築するには、数十万から数百万の量子ビットが必要とされると考えられています。
この推定は、誤り率、エラー訂正手法の効率性、計算の複雑さなどの要素に基づいています。量子コンピュータの技術が進歩し、新しいエラー訂正手法が開発されることで、将来的にはより少ない量子ビットで誤り耐性のある計算が可能になる可能性もあります。ただし、現時点では１００万量子ビットが実用的な計算機に必要とされる一般的な見積もりです。
まあまあ良い答えだ⭕️64ビットで１０万量子ビット必要。これでやっとFTQCの初期段階が達成される。
- FTQC
Fault-Tolerant Quantum Computationの略語で、量子エラーを訂正しながら誤りなく量子計算を実行すること
掲載誌：Physical Review Applied
論文タイトル：Active initialization experiment of a superconducting qubit using a quantum circuit refrigerator
著者：Teruaki Yoshioka, Hiroto Mukai, Akiyoshi Tomonaga, Shintaro Takada, Yuma Okazaki, Nobu-Hisa Kaneko, Shuji Nakamura*, Jaw-Shen Tsai* (* corresponding author)
論文タイトル：Active initialization experiment of a superconducting qubit using a quantum circuit refrigerator
著者：Teruaki Yoshioka, Hiroto Mukai, Akiyoshi Tomonaga, Shintaro Takada, Yuma Okazaki, Nobu-Hisa Kaneko, Shuji Nakamura*, Jaw-Shen Tsai* (* corresponding author)
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国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT、理事長: 徳田 英幸）は、超伝導ストリップ光子検出器において、ストリップ幅を広くしても高効率に光子検出が可能となる新奇構造を創案し、ナノストリップ型に比べて200倍以上ストリップ幅が広い“超伝導ワイドストリップ光子検出器”の開発に世界で初めて成功しました。本技術によって、これまでナノストリップ型において問題となっていた生産性の低さや偏光依存性といった問題を解決することが可能となり、量子情報通信技術や量子コンピュータを始めとする広範囲な先端技術分野へ適用され、そうした技術の社会実装の早期化が期待されます。
なお、本成果は、2023年10月26日（木）に、米国科学雑誌「Optica Quantum」に掲載されました。
今回の成果によって、量子情報通信を始めとした先端技術分野において必要不可欠な光子検出技術として位置付けられていたナノストリップ型よりも優れた性能・特徴を有した光子検出器を、より高い生産性の下で作製することができるようになりました。量子ネットワークや、JSTムーンショット目標6において進められているネットワーク型量子コンピュータの実現に向けて、必要となる高性能光子検出器の数は今後飛躍的に増大することが予想されますが、本技術はこのような要求に応じることができるものと期待されます。
研究グループは、さまざまな材料で観測される量子干渉効果を利用して、電子スピン波を電気的に検出できる新たな理論モデルを導きました。そして、ガリウムヒ素(GaAs)半導体材料 (注5)にこの理論モデルを適用することで、電子スピン波の緩和時間を実験的に求めることに成功しました。
タイトル：Lifetime of spin-orbit induced spin textures in a semiconductor heterostructure probed by quantum corrections to conductivity
著者：Takahito Saito, Toshimichi Nishimura, Ju-Young Yoon, Jonas Kölzer, Daisuke Iizasa, Michael Kammermeier, Thomas Schäpers, Junsaku Nitta, and Makoto Kohda
掲載誌：Physical Review Research 4, 043217 (2022)
DOI： 10.1103/PhysRevResearch.4.043217
URL： https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.4.043217
