物理学者が量子計算の効率化を可能にするアルゴリズムを開発

量子コンピューティングは、古典的なコンピューターが処理できない非常に複雑な問題を解決できる最も強力なツールの一つです。ただし、最も強力な量子コンピューターを実現するには、効率性の向上が必要です。

サセックス大学の量子物理学者は、この効率性の問題に取り組んでいます。彼らは、現在開発中の量子コンピューターの計算速度を向上させることができる新しいアルゴリズムを開発しました。このアルゴリズムは、量子コンピューターの周りでイオンをルーティングする新しい方法を提供し、計算の効率性を向上させます。

「ルーティングアルゴリズム」と呼ばれるこのアルゴリズムは、「グローバルに接続されたトラップドイオン量子コンピューターのための効率的なキュビットルーティング」という研究論文で詳細に説明されています。この論文は、Advanced Quantum Technologiesというジャーナルに掲載されています。

このチームは、ウィンフリード・ヘンジンガー教授が率いており、Mark Webber、Steven Haerbert博士、Sebastian Weidt博士が参加しています。

ヘンジンガーとウェッバーは最近、Universal Quantumという会社を設立しました。この会社は、世界初の大規模量子コンピューターを構築することを目的としています。また、いくつかのハイレベルなテクノロジー投資家が関心を示しています。

ルーティングアルゴリズム

ルーティングアルゴリズムは、量子コンピューターのトラフィックを制御することで機能し、キュビットを物理的に長距離に輸送することができます。これにより、キュビットが他のキュビットと相互作用し、データが量子コンピューターの内部で効率的に移動することができます。

量子コンピューターの基礎的な概念の一つは、量子ビット（キュビット）です。キュビットは情報を処理するために使用されます。このチームは、シリコンマイクロチップに電荷を帯びた原子（イオン）が浮遊する「トラップドイオン」量子コンピューターを分析しました。各イオンは、1つの量子ビットの情報を保持することができます。

このタイプの量子コンピューターで計算を実行するには、イオンを移動する必要があります。量子コンピューターのパワーは、イオンをどれだけ速く効率的に移動できるかによって決まります。

超伝導型とトラップドイオン型

量子コンピューティングの分野では、主に2種類のデバイスが使用されています。超伝導型デバイスとトラップドイオン型デバイスです。

超伝導型デバイスは、IBMやGoogleなどの大手企業で使用されています。一方、トラップドイオン型デバイスは、サセックス大学のチームや他の企業で使用されています。

超伝導型量子コンピューターは、固定されたキュビットを使用し、通常は隣接するキュビットとのみ相互作用することができます。隣接していないキュビット間で計算を実行するには、隣接するキュビットのチェーンを介して通信する必要があります。

情報がキュビットからキュビットへ移動するにつれて、チェーンが長くなるにつれて情報はより壊れやすくなります。したがって、超伝導型量子コンピューターは、チームによって計算能力が限られていると見なされています。

これらの制限のため、チームはトラップドイオンアーキテクチャ用の新しいルーティングアルゴリズムを開発することを選択しました。現在、近期の量子コンピューターの計算能力を測定するための方法は「量子体積」です。チームは、この方法を使用して、自分のモデルを超伝導型モデルと比較することができました。

チームは、トラップドイオン型モデルが超伝導型キュビットよりも一貫性があり、パフォーマンスが優れていることを発見しました。これは、アルゴリズムがキュビットを直接多くのキュビットと相互作用させることを可能にするためです。この方法により、期待される計算能力が高くなります。

「私たちは今、構築中の量子コンピューターの計算能力を予測することができます。私たちの研究は、トラップドイオンデバイスに基本的な利点があることを示しています。また、新しいルーティングアルゴリズムにより、初期の量子コンピューターのパフォーマンスを最大化することができます」とウェッバーは述べました。

ヘンジンガーによると、「実際、 この研究は、現実世界の問題を解決できる実用的量子コンピューターの構築に向けたさらに一つのステップです」。