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Jan 26, 2024

シュレディンガーの猫がより良い量子ビットを作る方法

8 giugno 2023 Questo articolo

2023 年 6 月 8 日

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ローザンヌ連邦工科大学による

量子コンピューティングは、量子力学の原理を使用してデータをエンコードし精緻化するため、現在のコンピューターでは解決できない計算問題をいつか解決できる可能性があります。 後者は 0 または 1 を表すビットを操作しますが、量子コンピューターは量子情報の基本単位である量子ビット (量子ビット) を使用します。

「創薬から複雑な生物学的システムや材料の最適化やシミュレーションに至るまで、量子コンピューティングは科学、産業、社会の広大な分野を再構築する可能性を秘めています。」と量子科学技術センター所長のヴィンチェンツォ・サヴォーナ教授は述べています。 EPFLで。

古典的なビットとは異なり、量子ビットは 0 と 1 の両方の状態を同時に「重ね合わせ」て存在できます。 これにより、量子コンピューターは複数の解を同時に探索できるようになり、特定の計算タスクを大幅に高速化できる可能性があります。 ただし、量子システムは繊細で、環境との相互作用によって引き起こされるエラーの影響を受けやすくなります。

「大規模でフォールトトレラントな量子コンピュータの開発を可能にするためには、量子ビットをこれから保護したり、エラーが発生した後に検出して修正したりするための戦略を開発することが重要です」とサボナ氏は言う。 EPFL の物理学者である Luca Gravina 氏と Fabrizio Minganti 氏とともに、彼らはエラーに対する高度な回復力を実現する「重要なシュレーディンガー猫コード」を提案することで、大きな進歩を遂げました。 この研究では、量子コンピューターの信頼性に革命をもたらす可能性のある新しい符号化スキームが導入されています。

1935 年、物理学者のエルヴィン シュレーディンガーは、当時の量子力学の一般的な理解、つまりコペンハーゲン解釈に対する批判として思考実験を提案しました。 シュレーディンガーの実験では、猫が毒と放射性物質の入ったフラスコの入った密閉箱に入れられます。 放射線源の単一原子が崩壊すると、ガイガーカウンターによって放射能が検出され、フラスコが粉砕されます。 毒が放出され、猫は死んでしまいます。

コペンハーゲンの量子力学の見解によれば、原子が最初に重ね合わせ状態にある場合、猫は同じ状態を受け継ぎ、生きている状態と死んだ状態の重ね合わせ状態にあることに気づきます。 「この状態は、まさに巨視的スケールで実現された量子ビットの概念を表しています」とサヴォーナ氏は言う。

ここ数年、科学者たちはシュレーディンガーの猫からインスピレーションを得て、「シュレーディンガーの猫コード」と呼ばれる符号化技術を構築してきました。 ここで、量子ビットの 0 と 1 の状態は、猫の死んだ状態と生きた状態と同様に、共鳴空洞内の振動する電磁場の 2 つの逆位相にエンコードされます。

「シュレーディンガーの猫コードは、これまで 2 つの異なるアプローチを使用して実現されてきました」とサヴォーナ氏は説明します。 「1つは空洞内の非調和効果を利用し、もう1つは慎重に設計された空洞損失に依存しています。私たちの研究では、両方の長所を組み合わせた中間領域で動作することで2つを橋渡ししました。以前は実りはないと考えられていましたが、このハイブリッド領域は成果を上げていません。」その結果、エラー抑制機能が強化されます。」 中心となるアイデアは、相転移の臨界点の近くで動作することです。これは、クリティカル Cat コードの「クリティカル」部分が指すものです。

クリティカル Cat コードには追加の利点もあります。ランダムな周波数シフトから生じるエラーに対して優れた耐性を示します。このエラーは、複数の量子ビットを含む演算に重大な課題をもたらすことがよくあります。 これにより、主要な問題が解決され、量子コンピューターを構築するための最小限の要件である、相互に作用する複数の量子ビットを備えたデバイスの実現への道が開かれます。

「私たちは量子の猫を飼い慣らしているのです」とサボナ氏は言う。 「ハイブリッド体制で動作することにより、私たちは前任者を超えるシステムを開発しました。これは、cat 量子ビットと量子コンピューティング全体にとって大きな進歩を表しています。この研究は、より優れた量子コンピューターの構築に向けたマイルストーンであり、ショーケースです」量子科学分野の進歩と量子技術の真の可能性の解放に対する EPFL の献身。」

この研究結果は、雑誌「PRX Quantum」に掲載されています。

詳しくは： Luca Gravina 他、Critical Schrödinger Cat Qubit、PRX Quantum (2023)。 DOI: 10.1103/PRXQuantum.4.020337

雑誌情報:PRX クォンタム

ローザンヌ連邦エコール・ポリテクニック提供