日本電信電話（NTT）は3月18日、大阪大学量子情報・量子生命研究センター（QIQB）と共同で、量子誤り訂正と量子誤り抑制を組み合わせることで、実用化のために必要な量子コンピュータの規模を従来に比べ最大で80%削減可能なハイブリッド量子誤り削減法を提案したことを発表した。

量子コンピュータは、重ね合わせの原理や量子もつれといった量子系特有の性質を扱える量子ビットを計算に利用する技術だ。量子コンピュータの開発で最大の課題となっているのが、重ね合わせ状態が環境のノイズによって壊れやすいことに起因する量子ビットの高い誤り率であり、この課題を解決するために「量子誤り訂正」と「量子誤り抑制」の二つの誤り対策手法が独立して研究されている。

これらの二つの誤り率対策はそれぞれ異なる利点と欠点を持つうえ、従来の量子誤り抑制手法は小規模な量子コンピュータにしか適用できず、その一方で量子誤り訂正を実施するには現在よりはるかに大規模な量子コンピュータが必要だとする課題があった。

  • 量子誤り訂正のイメージ

  • 量子誤り抑制のイメージ

そこで、研究グループが今回発表したのは、これまで独立して検討されてきた量子誤り訂正と量子誤り抑制を組み合わせて、中規模な量子コンピュータで信頼性のある計算を行うハイブリッド量子誤り削減法である。同手法により、素朴な量子誤り訂正を用いた場合と比較して、必要な量子ビットの数を最大で80%削減できることが示されたという。

同手法により、従来の計算機よりも高速かつ正確に実用的な問題を解くために必要な量子コンピュータの規模が削減され、量子コンピュータ実用化の早期化が期待できるとのことだ。さらに、複数の誤り対策手法を組み合わせた誤り耐性量子計算機という新たな量子コンピュータの方向性も示された。

  • 削減度合いの図

同技術の鍵は、実装が容易な量子誤り訂正符号で削減された誤り率を、さらに後続の量子誤り抑制で取り除く二重の誤り対策構造だ。今回は「probabilistic error cancellation」という量子誤り抑制の手法を採用しており、量子誤り訂正において誤りを検出、推定する古典コンピュータの情報処理を少し書き換えるだけで量子誤り抑制を実行できることを示している。

同方式を採用することにより、量子誤り訂正符号で誤りを取り切らずとも後続の量子誤り抑制手法が誤りを削減するため、要求される冗長化の度合いを減らすことができ、その結果、小さな誤り率を持つ量子コンピュータを構成するために必要な量子ビットの数を減らせるとのことだ。

  • 今回提案した新技術