主要成果
NTTと立命館大学の大坂博幸教授による共同研究で、分散型量子コンピュータの性能を左右する「チップ間量子操作」の成功確率限界を効率的に算出する手法が開発されました。本手法の導入により、量子操作の成功確率をどこまで高められるかの計算において、従来法と比較して100倍以上の高速化と10倍以上の高精度化を達成しています。また、チップをまたぐ幅広い量子操作において、成功確率を100％にするには最高品質の量子もつれが必要であるという理論的証明も行われました。
技術・詳細
本研究の核心は、数学の「代数幾何」を用いて量子操作の実現方法を分類し、計算負荷を軽減した点にあります。具体的な技術ポイントは以下の2点です。
- 探索空間の分解： 実行したい量子ゲート、チップ構成、ノイズ条件に応じた処理の組み合わせ（探索空間）を、代数幾何的なアプローチで小さな要素に分解し、複雑な問題を扱いやすい形に整理しました。
- 個別要素の段階的探索： 分解した各要素に対し、段階的に近似精度を高めて探索を行うことで、限界曲線の存在範囲を効率的に絞り込むことに成功しました。
このアプローチにより、特定の問題ごとに計算方法を再設計する必要がなくなり、多様な量子ゲートやチップ構成、ノイズタイプに汎用的に対応することが可能となりました。
背景・業界の文脈
量子コンピュータの大規模化には、複数の量子チップを「量子もつれ（離れた量子ビット同士が強い相関を持つ性質）」で連携させる分散型アーキテクチャが有望視されています。しかし、チップをまたぐ処理（チップ間量子ゲート）に使用する量子もつれは、ノイズによって質が低下しやすく、それが量子計算全体の精度低下を招く要因となっていました。これまで、量子もつれの質と成功確率の関係を示す「限界曲線」を算出するには、膨大な計算時間が必要であるか、あるいは個別の問題ごとに手法を設計しなければならないという課題がありました。
今後の展望
今後は、本理論で得られた最適な手順を実際の量子デバイスで検証し、実験面から成功確率を確認する計画です。この手法を活用することで、目標とする計算性能に合わせて必要な量子もつれの品質や、最適なチップ構成・接続方式を事前に見積もることが可能になります。これにより、計算資源のコストを抑えつつ、量子計算全体の信頼性と実行効率を向上させることが期待されます。また、光量子コンピュータにおける性能限界の評価への応用や、代数幾何を用いた最適化計算という数学分野への波及効果も見込まれています。
元記事: https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000053.000181531.html
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