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フォールトトレラント量子コンピューティングは量子コンピュータの変革をもらたす (Part-II)

GQI は、QC Design社の CEO兼共同設立者である Ish Dhand博士とのパートナーシップのもと、NISQからFTQCへの移行を探る3回シリーズ記事をお届けします。全文はQC DesignのWebサイトで公開されます。本レポートの内容、知性、意見は筆者のものであり、必ずしもGQIの調査結果や結論を反映するものではありません。GQIでは、最高品質の多様な分析を視聴者に提供するため、プラットフォーム上での多くの視点を公開することに努めています。GQIはこの情報を無償で配布しており、Dhand博士のご好意によるご協力に感謝いたします。


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Part II:適切なロードマップがフォールトトレラント量子コンピューティングへの道を加速


この記事は、NISQからフォールトトレランスへの移行に関する3部構成のシリーズの第2部である。最初の投稿では、革新的な量子コンピューティングの要件に焦点を当てたが、この2番目の投稿では、その要件を満たすためにハードウェアのトッププレーヤーがどのようなロードマップを描いているかについて述べる。記事の全文はQC DesignのWebページ(https://qc.design/news/roadmaps)に掲載されており、要旨は以下の通り。


Executive summary


有用な量子コンピューターの開発には、より優れた量子ビットとゲートが必要である。これは、ノイズあり量子コンピュータ(NISQ)時代にも言えることであり、未来のフォールトトレラント量子コンピュータ(FTQC)の構築についても言えることである。とはいえ、FTQCの構築はより難しい挑戦であるだけでなく、NISQに対しての努力とは根本的に異なる点も多い。というのも、NISQの開発には、エラー緩和、変分アルゴリズム、多種多様なネイティブ・ゲートなど、フォールト・トレランスには関係なさそうな側面がたくさんあるからだ。


FTQCでは、いくつかのゲートで特定エラーに関して高品質を維持するため何度も実行する必要があるが、その他のエラーはそれほど重要ではない。そのため、ハードウェアのどの側面に重点を置くべきかを知っているチームは、NISQに追加的または排他的に重点を置くチームよりも、FTQCに向けてより速く進歩する上で優位性を持つ可能性がある。


フォールト・トレランス設計図は、ハードウェア・チームが大事なオペレーションにおいて重要なエラーに集中できるようにするというこの目標を達成するものである。フォールト・トレランス設計図とは一体何だろうか?


ハードウェア・メーカーが実用的なFTQCを構築し、運用するための詳細な計画のこと。設計図には、物理的な量子ビットの定義や製造方法、フォールト・トレラントを実現するための量子ビットの操作方法から、デバイスから出力される大量のデータを処理してエラーを発見し修正する方法まで、あらゆることが記述されている。


ハードウェアメーカーがフォールトトレランスを実現するためには、設計図が不可欠である。なぜなら、量子コンピューティングの製造方法には、それぞれ異なる長所と制約があるからだ。これらの制約や不完全性の影響を理解することは、困難でありながらも重要である。エラーや制約を深い理論的専門知識を用いてモデル化し、強力な設計ソフトウェアを使ってシミュレーションしなければならない。


優れた設計図は、FTQCにとって最も重要な制約と不完全性を見つけ出し、それを回避する方法を見つける。さらに、FTQCにとって最も重要な制約と不完全性を見つけ出し、それらを回避する方法を見つける。そして、ハードウェア開発に焦点を当てるべき明確な目標を提供する。そうすることで、ハードウェアの取り組みに強力なレバレッジを与えることができるのだ。


ハードウェアを開発している強力なチームの中には、すでにフォールトトレランスに関するロードマップを持っているところもある。PsiQuantum、Xanadu、ORCA、Quandela、Photonic Inc.はフォトニクスと光学的にアドレス可能なスピン、Google、IBM、AWSは超伝導量子ビット、Queraは中性原子、Universal QuantumとEleQtronはイオントラップ。これらの取り組みと、学術チームによるいくつかの並行した取り組みが、関連するハードウェアの制約や不完全性に光を当て、それらを克服する方法を見出している。


フォールトトレランスの設計という点では、これはまだほんの始まりに過ぎない。量子産業で支持されている様々なハードウェア・モダリティには、それぞれ不完全な部分や制約などがあり、その設計図で対処していかなければならない。


この青写真の構築は、主要なプラットフォーム内の新しいハードウェアモダリティの多くや、有望なハードウェアプラットフォームでも現在進行中である。そして、より成熟した計算モダリティのために現在存在する設計図は、より包括的になり、FTQCに向けたすべての重要な制限を特定し、修正していかなければならない。量子コンピューティングの将来にとって、この面での進歩が迅速かつインパクトのあるものになることを期待している。


Part IIの全文はこちらのリンクからダウンロードできる。



※著者について

Ish Dhand氏は、耐障害性アーキテクチャと設計ソフトウェアのライセンスを提供することで、スケーラブルな量子コンピュータを設計する量子コンピューティング企業であるQC DesignのCEO兼共同創業者。それ以前はXanaduの構築チームを率いていた。氏は、10年以上の研究とリーダーシップを持っている。



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オリジナル記事:Quantum Computing Report (by GQI)

https://quantumcomputingreport.com/

翻訳:Hideki Hayashi

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