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2022年12月の研究論文・ハードウェア編

By Dr Chris Mansell, Senior Scientific Writer at Terra Quantum



Title: Quantum Feature Maps for Graph Machine Learning on a Neutral Atom Quantum Processor(中性原子プロセッサーによるグラフ機械学習のための量子的マップ)

Organizations: PASQAL; Sorbonne Université; Université Paris-Saclay; CNRS


研究者たちは現在、古典的に相関関係のあるデータを量子コンピュータで処理することが有用かどうか、今のところ確信を持っていない。この論文では、中性原子量子プロセッサーを用いて、さまざまな分子の毒性に関するデータを分類した。分子は原子が化学的に結合したもので、数学的なグラフのノードが原子を、グラフのエッジが結合を表すことになる。最大32原子量子ビットの配列にエンコードされたこの形式のデータ解析には、古典的マップと量子的マップの両方が使用された。この実験により、古典的手法では見逃してしまうようなデータの側面を、量子的手法では捉えることができることが証明された。



Title: Constrained quantum optimization for extractive summarization on a trapped-ion quantum computer(イオントラップ量子コンピュータにおける抽出的要約のための制約条件付き量子最適化法)

Organizations: JPMorgan Chase; NIST; University of Maryland


多くの業界では、実用的な制約を考慮しながら、重要な指標を最適化する必要がある。長い文書から選択して要約する抽出最適化は、正確に解くことがNP困難な制約付き最適化問題として構成することができる。本論文では、量子近似最適化アルゴリズム、層変分量子固有値解法アルゴリズム、XY-QAOA(Quantum Alternating Operator Ansatz)の3つのアルゴリズムを、このタスクに与えた。アルゴリズムは、Quantinuum社の20量子ビットのイオントラップ量子コンピュータに実装されただけでなく、ノイズレスシミュレーションとノイズリーエミュレーションも行われた。100を超える 2量子ビットゲートの深さを持つ回路にもかかわらず、イオンにはエラー緩和は行われなかった。それでも、XY-QAOAアルゴリズムの結果は偶然よりも有意に優れていた。



Title: High-fidelity qutrit entangling gates for superconducting circuits(超伝導回路のための高忠実度量子トリット・エンタングルゲート)

Organizations: University of California, Berkeley; Lawrence Berkeley National Laboratory; Keysight Technologies Canada


量子情報処理において、量子ビットに比べていくつかの利点がある3レベルのシステムである量子トリット。しかし、その利点を上回る実験的な複雑さがあるのではないかという懸念がある。新しい研究では、2つの超伝導トランスモン間で、高忠実度の2量子トリット論理ゲートが実行されている。マイクロ波を用いて差動交流シュタルクシフトを発生させ、ゲートを単純かつ柔軟にすることができた。ゲートは徹底的にベンチマークされ、その表現力と、結果として生じるもつれの両方が研究された。次のステップは、実験に2つ以上のトランスモンを含めることであろうか。



Title: Benchmarking simulated and physical quantum processing units using quantum and hybrid algorithms(量子アルゴリズムとハイブリッドアルゴリズムを使用したシミュレーションと物理量子処理ユニットのベンチマーク)

Organizations: Terra Quantum; QMware


量子ハードウェアが改善されるにつれて、新しいアルゴリズムの設計やテストが容易になり、それが正のフィードバックループで、より優れた量子プロセッシングユニット (QPU) を開発するインセンティブを高める。また、物理QPUをノイズなしでシミュレートする高性能古典計算システムは、最先端の量子回路の調査を容易にすることが可能だ。本研究では、一般に公開されている代表的なサービスを、実行時間、精度、価格の観点から相互に比較した。これらの指標は、テストされた物理プラットフォームとシミュレートされたプラットフォームという異なる方法で量子ビット数に応じてスケールされており、量子コンピューティングコミュニティにとって興味深いレポートになっている。



Title: Quick Quantum Steering: Overcoming Loss and Noise with Qudits(Quick Quantum Steering:損失とノイズを量子ディットで克服)

Organizations: Heriot-Watt University; University of Geneva


長距離量子通信プロトコルは、光子の損失、そして環境との相互作用によりノイズが発生するなど、測定装置が非効率であるため、技術的に困難なものになっている。高次元のもつれは、これらの障害を克服するのに役立つ。しかし、もつれた量子ビットを使用したこれまでの作業では、複雑な測定設定と長い測定時間が必要であった。今回の研究では、量子ステアリングプロトコルの後に、損失耐性とノイズ耐性に優れた 53次元光量子ディットを、これまでよりもかなり単純かつ高速な方法で測定した。このデモンストレーションは、実用的で堅牢かつ安全な量子ネットワークの目標に向けた新たな一歩である。



Title: Engineering Symmetry-Selective Couplings of a Superconducting Artificial Molecule to Microwave Waveguides(超伝導人工分子とマイクロ波導波路との対称選択的結合の解明)

Organization: Chalmers University of Technology


導波路は、光ファイバーのように、波が広がらずに一方向に進むことを可能にする構造物である。導波路内の量子電磁力学の研究は、様々な量子技術への応用が期待されている。この論文では、超伝導トランスモン量子ビットを、マイクロ波導波路と新しい方法で結合させた。この結合は、量子状態の順列対称性に依存したものだ。例えば、明るい状態(高速に放射する)と暗い状態(ゆっくりと放射する)は、反対の順列対称性を持つが、ラマン過程を介してコヒーレントな集団移動が効率的に行われるように結合させることができる。この方式は、近接場結合を持つ他の物理システムでも動作する可能性がある。



Title: Dual-rail encoding with superconducting cavities(超伝導空洞を用いたデュアルレイルエンコーディング)

Organization: Yale University


量子誤り訂正を効率的に実装する量子ハードウェアの設計は、活発な研究分野である。このプレプリントの著者は、結合した超伝導マイクロ波キャビティの固有ノイズバイアスと、デュアルレール単一光子エンコーディングを組み合わせて使用するというアイデアを紹介した。現在の技術でこのような量子ビットを実験的に作成すると、関連する閾値を大幅に下回るエラーレートになる。今後の継続的な研究により、基礎となる部品のコヒーレンス時間が改善されれば、これらの誤差は急速に減少するだろう。


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