IBMが大胆な新しい「量子エラー軽減」戦略を発表

IBMは本日、フォールトトレラントな量子コンピューターの時代をもたらすように設計されたいくつかの「エラー軽減」技術を実装するための新しい戦略を発表しました。

前もって： 量子回路はノイズが多すぎて有用なコンピューティングができないという考えに固執している人は、幻滅しそうです。

10年前、機能する量子コンピューティングシステムのアイデアは、私たちのほとんどにとってはとてつもないもののようでした。 今日、世界中の研究者は、IBMのクラウドベースの量子システムに非常に頻繁に接続しているため、IBMの量子インフラストラクチャーのディレクターによると、毎日約30億の量子回路が完成しています。

IBMや他の企業は、従来のバイナリー・コンピューターでは実行できなかった、または時間やエネルギーがかかりすぎることを実行するために、すでに量子技術を使用しています。 しかし、やるべきことはまだたくさんあります。

夢は、明確なデモンストレーションが可能な、有用でフォールトトレラントな量子コンピューターを作成することです。 量子超越性 —量子プロセッサが従来のプロセッサでは不可能なことを実行できるポイント。

バックグラウンド： ここNeuralでは、量子コンピューティングを2022年の最も重要なテクノロジーとして特定しました。これは、長年の前進を続けても変わる可能性は低いです。

その短所と長所は、量子コンピューティングが現在の計算の限界をなくすことを約束しているということです。 CPUやGPUを交換するのではなく、ツールベルトにQPU（量子処理ユニット）を追加します。

これが意味することは、個々のユースケース次第です。 私たちの日常の問題はそれほど難しくないので、私たちのほとんどは量子コンピューターを必要としません。

しかし、銀行、エネルギー、セキュリティなどの業界にとって、今日のテクノロジーよりも複雑な問題を解決できる新しいテクノロジーの存在は、蒸気動力の出現以来見られなかったようなパラダイムシフトを表す可能性があります。

影響力の大きい多数のドメインで効率を向上させることができる魔法のマシンを想像できれば、地球上のすべての人間に最終的に影響を与える可能性のある規模で時間、お金、エネルギーを節約できる可能性があります。IBMやその他の企業がなぜそれほど熱心なのかを理解できます。量子的優位性を示すQPUを構築します。

問題： 計算を実行する方法として量子力学を操作できるハードウェアを構築することは、ご想像のとおり、非常に困難です。

IBMは、過去10年ほどを費やして、この分野を悩ませている根本的な問題を解決する方法を考え出しました。これには、ラボで始めるためだけに必要な基本インフラストラクチャ、冷却、および電源の要件が含まれます。

今日、IBMの量子ロードマップは、業界がどこまで進んだかを示しています。

しかし、それがどこに向かっているのかを知るには、有用な量子プロセッサの開発に関連する数少ない基本的な問題の1つを解決する必要があります。

ソリューション： ノイズの多いキュービットは、量子コンピューターエンジニアの現在の悩みの種です。 基本的に、量子コンピューターから絞り出そうとする処理能力が高いほど、量子ビットのノイズが大きくなります（量子ビットは本質的に量子コンピューティングのコンピュータービットです）。

これまで、このノイズをスケルチする作業の大部分は、科学者が読み取ろうとしている信号がスクイーズするのに十分な強さになるように、キュービットをスケーリングすることを含んでいました。

実験段階では、ノイズの多いキュービットを解決することは、主にモグラたたきのゲームでした。 科学者が新しい技術を思いついたとき（その多くはIBMの研究所で開拓されたものです）、彼らはそれらを新しいアプリケーションのために研究者にパイプラインで送りました。

しかし、最近、この分野はかなり進歩しています。 エラー軽減の技術は、対象を絞った1回限りのソリューションから完全な技術スイートへと進化しました。

IBMによると：

現在の量子ハードウェアは、さまざまなノイズ源の影響を受けます。最もよく知られているのは、キュービットデコヒーレンス、個々のゲートエラー、および測定エラーです。 これらのエラーは、実装できる量子回路の深さを制限します。 ただし、浅い回路の場合でも、ノイズによって推定が誤ってしまう可能性があります。 幸いなことに、量子エラーの軽減は、フォールトトレランスが導入される前であっても、ノイズの多い浅い深さの量子回路からの正確な期待値を評価できるツールとメソッドのコレクションを提供します。

近年、ゼロノイズ外挿（ZNE）と確率的エラーキャンセル（PEC）と呼ばれる2つの汎用エラー軽減方法を開発して実装しました。

どちらの手法も、量子力学の非常に複雑なアプリケーションを伴いますが、基本的には、量子システムから発生するノイズを除去またはスケルチする方法や、科学者が量子計算やその他のプロセスで測定しようとしている信号を増幅する方法を見つけることになります。

ニューラルの見解： IBMの量子インフラストラクチャーのディレクターであるJerryChowに話を聞きました。彼は、新しいパラダイムにかなり興奮しているようでした。

彼は、新しいプレスリリースで宣伝されている技術はすでに生産されていると説明した。 IBMは、ソリューションをスケーリングし、最先端の結果を繰り返し、量子ハードウェアを使用して従来のプロセスを高速化する能力が大幅に向上していることをすでに実証しています。

肝心なのは、量子コンピューターがここにあり、それらが機能するということです。 現在、特定の問題を従来のシステムよりもうまく解決できるかどうかは少し問題がありますが、最後に残っている困難な障害はフォールトトレランスです。

IBMの新しい「エラー軽減」戦略は、フォールトトレランスソリューションの発見段階から実装への変更を示しています。

私たちはIBMの量子研究チームに敬意を表します。 もっと詳しく知る ここ IBMの公式ブログで。