ハーバード大学の超低温原子センターやMITなどの大学の物理学者のグループが、256量子ビットまたは「キュービット」で動作できるプログラム可能な量子シミュレーターと呼ばれる特殊なタイプの量子コンピューターを開発しました。
このシステムは、多くの複雑な量子プロセスに光を当て、最終的には材料科学、通信技術、医学、その他の多くの分野で真のブレークスルーを実現するために使用できる大規模な量子マシンの作成に向けた重要なステップを示しています。
量子ビットは、量子コンピューターを実行する基本的な構成要素であり、その膨大な計算能力の源です。
「これにより、これまで誰も行ったことのない新しい分野に私たちを連れて行くことができます」と、研究の主要な著者の1人であるミハイル・ルキンは述べています。 「私たちは量子世界のまったく新しい部分に参入しています。」
科学者によると、このシステムの前例のないサイズとプログラム可能性の組み合わせが、物質の不思議な特性を非常に小さなスケールで利用して計算能力を劇的に向上させる量子コンピューターの競争の最前線に立っています。
適切な状況下では、キュービットの数を増やすことは、システムが標準的なコンピューターで実行される従来のビットよりも指数関数的に多くの情報を格納および処理できることを意味します。
「256キュービットで可能な量子状態の数は、太陽系の原子の数を超えています」と研究者たちは言い、システムの計り知れない能力を説明します。
シミュレーターは、研究者がこれまで実験的に実現されたことのないいくつかのエキゾチックな量子状態を観察し、磁性が量子レベルでどのように機能するかの教科書の例として役立つほどの精度で量子相転移を研究することをすでに可能にしています。
このプロジェクトでは、2017年に研究者によって開発されたプラットフォームの大幅に更新されたバージョンを使用しています。これは51キュービットにもなる可能性があります。この古いシステムにより、研究者は超低温ルビジウム原子を捕捉し、光ピンセットと呼ばれる個別に集束されたレーザービームの1次元アレイを使用して特定の順序でそれらを配置することができました。
新しいシステムでは、光ピンセットの2次元配列に原子を集めることができます。これにより、達成可能なシステムサイズが51キュービットから256キュービットに増加します。ピンセットを使用すると、研究者は原子を欠陥のないパターンで配置し、正方形、ハニカム、三角形の格子などのプログラム可能な形状を作成して、キュービット間に異なる相互作用を作成できます。
「私たちの仕事は、より大きく、より良い量子コンピューターを構築するための、非常に激しく目に見える世界的な競争の一部です」と、仕事の著者の1人であるTutWangは述べています。
「Google、IBM、Amazon、その他多くの主要な学術研究機関や大規模な個人投資家が、（私たち自身に加えて）この共通の取り組みに関与しています。」
研究者たちは現在、キュービットのレーザー制御を改善し、システムをよりプログラム可能にすることにより、システムの改善に取り組んでいます。彼らはまた、エキゾチックな形の量子物質の探索から、量子ビットに自然にエンコードできる複雑な現実世界の問題の解決まで、システムを新しいアプリケーションにどのように使用できるかを積極的に探索しています。
「この研究は、膨大な数の新しい科学的方向性を開きます」と科学者たちは言います。 「私たちは、これらのシステムで何ができるかを理解する限界にはほど遠いです。」
この研究はジャーナルNatureに掲載されました。
2021-07-11 06:41:56
著者: Vitalii Babkin