東京大学,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和５年１１月２３日

東京大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

量子コンピューターのエラー抑制技術の理論限界を解明

～最適な量子エラー抑制手法の設計に向けて～

ポイント

東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻の坪内 健人 大学院生、沙川 貴大 教授、吉岡 信行 助教らの研究グループは、量子コンピューターで計算を実行中に発生するエラーを、量子エラー抑制という手法によって取り除く際に必要な計算時間の理論限界を明らかにしました。

量子エラー抑制とは、エラーの多い量子コンピューターで計算を複数回実行し、その実行結果を古典コンピューターに事後処理させることによって、エラーのない真の出力を予測する手法群の総称です。本研究では、量子推定理論を用いた解析によって、量子エラー抑制に必要な量子コンピューターの実行回数＝計算時間が、量子コンピューターの演算回数に対して指数的に増大するという理論限界を世界で初めて導出しました。また、エラーの多い量子コンピューターの計算結果を定数倍するという単純な手法により、導出した計算時間の限界を達成可能であるということも明らかにしました。

本研究成果は、量子エラー抑制に基づく現行の量子コンピューターの限界を明らかにすることで、量子エラー訂正と呼ばれる、より抜本的な対策を行う機構に基づく量子コンピューターの早期開発の必要性を提示します。さらに、得られた最適手法の知見を量子エラー訂正とハイブリッドに組み合わせることで、量子コンピューターの早期の実用化に貢献することも期待されます。

本研究成果は、２０２３年１１月２２日（米国東部時間）に「Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ」に掲載されます。

本研究は、以下の支援により実施されました。

  • ・ＪＳＴ さきがけ「量子並列回路を用いた計算基盤の構築（課題番号：ＪＰＭＪＰＲ２１１９）」
  • ・ＪＳＴ ＥＲＡＴＯ「沙川情報エネルギー変換プロジェクト（課題番号：ＪＰＭＪＥＲ２３０２）」
  • ・ＪＳＴ ＥＲＡＴＯ 特定領域調査「情報エネルギー変換（課題番号：ＪＰＭＪＥＲ２２０４）」
  • ・ＪＳＴ 共創の場形成支援プログラム「量子ソフトウェアとＨＰＣ・シミュレーション技術の共創によるサスティナブルＡＩ研究拠点（課題番号：ＪＰＭＪＰＦ２２２１）」
  • ・科学研究費補助金 新学術領域（研究領域提案型）「情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理」の計画研究班「情報熱力学による生体情報処理の理論研究」（科研費番号ＪＰ１９Ｈ０５７９６）
  • ・東京大学 統合物質・情報国際卓越大学院（ＭＥＲＩＴ－ＷＩＮＧＳ）からの助成
  • ・ＩＢＭ Ｑｕａｎｔｕｍからの助成

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Universal cost bound of quantum error mitigation based on quantum estimation theory”
ＤＯＩ：10.1103/PhysRevLett.131.210601

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Universal Cost Bound of Quantum Error Mitigation Based on Quantum Estimation Theory”

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