インサイダーブリーフ
- MITの研究者は、量子システムでこれまでに記録された最も強力な非線形光と物質の結合を実証し、量子操作と読み出しを大幅に高速化できるようにしました。
- 超伝導「Quarton」カプラーに基づいた新しいアーキテクチャは、以前のデザインの約10倍のカップリング強度を達成し、量子プロセッサが10倍高速に走ることができる可能性があります。
- 量子計算のエラーを減らすためには、より速い読み取りと操作が重要であり、これは、限られた寿命の範囲内でエラー修正の実行に依存します。
- 画像：研究者は、量子回路で非常に強力な非線形光と物質の結合を示しました。より強力な結合により、量子コンピューティングの情報の基本単位であるキュビットを使用して、より速い読み取りと操作を可能にします。 （Christine Daniloff、MIT）
プレスリリース – 将来、量子コンピューターは新しい材料を迅速にシミュレートしたり、科学者がより高速な機械学習モデルを開発したり、多くの新しい可能性への扉を開いたりすることができました。
しかし、これらのアプリケーションは、量子コンピューターが非常に迅速に操作を実行できる場合にのみ可能です。そのため、科学者はエラー率を調合する前に測定を行い、修正を実行して、精度と信頼性を低下させることができます。
読み出しとして知られるこの測定プロセスの効率は、量子情報を運ぶ光の粒子である光子間の結合の強度、および量子コンピューターに情報を保存するためによく使用される物質の単位である光子間の強度に依存しています。
現在、MITの研究者は、量子システムでこれまでに達成された最も強力な非線形の光と思われるカップリングであると信じているものを実証しています。彼らの実験は、数ナノ秒で実行できる量子操作と読み取りを実現するための一歩です。
研究者は、新しい超伝導回路アーキテクチャを使用して、以前のデモよりも約1桁強い非線形の光と物質の結合を示すため、量子プロセッサが約10倍高速で実行できるようにします。
アーキテクチャが実際の量子コンピューターで使用される前にまだ多くの作業がありますが、プロセスの背後にある基本的な物理学を実証することは、正しい方向への主要なステップであると、Yufengはこの研究に関する論文の主執筆者である「ブライト」イェ博士号’24に言います。
「これは、量子コンピューティングのボトルネックの1つを本当に排除します。通常、エラー修正のラウンドの間に計算の結果を測定する必要があります。これにより、断層耐性の量子コンピューティング段階に到達し、量子コンピューターから実際のアプリケーションと価値を取得できる速さを加速できます。
彼は、MITのエレクトロニクス研究研究所の准教授兼主任研究者である上級著者のケビン・オブライエンが、MIT、MITリンカーン研究所、ハーバード大学の他の人だけでなく、電気工学およびコンピューターサイエンス学科（EECS）の量子コヒーレントエレクトロニクスグループを率いている論文に参加しています。研究はに表示されます 自然コミュニケーション。
新しいカプラー
この物理的なデモは、オブライエングループの長年の理論的研究に基づいています。
2019年に博士課程の学生としてラボに参加した後、彼は量子情報処理を強化するための専門の光子検出器の開発を開始しました。
その作業を通じて、彼は新しいタイプの量子カプラーを発明しました。これは、キュービット間の相互作用を促進するデバイスです。キュービットは、量子コンピューターの構成要素です。このいわゆるQuartonカプラーには、量子操作と読み取りに非常に多くの潜在的なアプリケーションがあり、すぐにラボの焦点になりました。
このQuartonカプラーは、非常に強力な非線形カップリングを生成する可能性がある特別なタイプの超伝導回路です。これは、ほとんどの量子アルゴリズムを実行するために不可欠です。研究者がカプラーにより多くの電流を供給すると、さらに強い非線形相互作用が生成されます。この意味で、非線形性とは、システムがその部分の合計よりも大きい方法で動作し、より複雑な特性を示すことを意味します。
「量子コンピューティングにおける有用な相互作用のほとんどは、光と物質の非線形結合から生まれます。より汎用性の高い範囲の異なるタイプの結合を取得し、カップリング強度を高めることができれば、量子コンピューターの処理速度を基本的に増やすことができます」とYEは説明します。
Quantum Readoutの場合、研究者はマイクロ波の光をQubitに照らし、そのキクビットが状態0または1にあるかどうかに応じて、関連する読み出し共振器に周波数シフトがあります。彼らはこのシフトを測定して、qubitの状態を決定します。
qubitと共振器の間の非線形の光と物質の結合により、この測定プロセスが可能になります。
MITの研究者は、チップ上の2つの超伝導キュービットに接続されたQuartonカプラーを備えたアーキテクチャを設計しました。彼らは1つのQubitを共振器に変え、量子情報を蓄積する人工原子としてもう1つのQubitを使用します。この情報は、光子と呼ばれるマイクロ波光粒子の形で転送されます。
「これらの超伝導人工原子と信号をルーティングするマイクロ波光との相互作用は、基本的には超伝導量子コンピューター全体がどのように構築されるかです」とYEは説明します。
より速い読み出しを有効にします
Quarton Couplerは、研究者が以前に達成したよりも約1桁強いキクビットと共振器の間に非線形の光とマッターの結合を作成します。これにより、稲妻の読み出しを備えた量子システムが可能になります。
「この作品は物語の終わりではありません。これは基本的な物理学のデモンストレーションですが、グループでは本当に速い読み出しを実現するために進行中の仕事があります」とオブライエンは言います。
それには、フィルターなどの追加の電子コンポーネントを追加して、より大きな量子システムに組み込むことができる読み出し回路を生成することが含まれます。
研究者はまた、非常に強力な物質と物質の結合を実証しました。これは、量子操作にとって重要な別のタイプのキクビット相互作用です。これは、彼らが将来の仕事で探索することを計画している別の領域です。
速い操作と読み取りは、QUBITSには一貫性時間として知られている概念が有限の寿命があるため、量子コンピューターにとって特に重要です。
より強力な非線形結合により、量子プロセッサはより速く、より低いエラーで実行できるようになるため、キュビットは同じ時間でより多くの操作を実行できます。これは、キュービットが寿命の間により多くのエラー修正を実行できることを意味します。
「エラー補正が増えるほど、エラーが低下します」とYE氏は言います。
長い目で見れば、この作業は科学者が断層耐性の量子コンピューターを構築するのに役立つ可能性があります。これは、実用的で大規模な量子計算に不可欠です。
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この研究は、一部には、陸軍調査局、AWS量子コンピューティングセンター、およびMIT量子工学センターによってサポートされていました。
