錯体分子で作られた安定した量子ビット!

量子計算は、さらに複雑になりつつあります。研究者は、ニッケルとクロムでできた巨大分子が、デジタル計算機に対しバイトが行うのと同じように、情報を保存して処理できる証拠を掴んでいます。研究者は、11月10日のChem誌に、量子情報処理用基本単位キュービット接続に超分子化学が利用可能な事を示す算法を提示しています。この手法は、2量子ビットゲートと呼ばれている構造に接続可能な、数種類の安定したキュービットを生成します。

”我々は、化学が2量子ビットゲートを接合するのを達成可能な事を証明しています。”と上席著者で、マンチェスター大学化学部長のリチャード・ウィンペニー氏は語る。”前記の分子は作成されて、2量子ビットゲートが組み立てられました。次の段階は、この2量子ビットゲートが機能することを証明することです。”

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キュービット(量子ビット)

Stable quantum bits can be made from complex molecules

Traditional computers organize and store information in the form of bits, which are written out in long chains of 0s and 1s, whereas quantum computers use , which can be 1, 0, or any superposition between those numbers at the same time, allowing researchers to do much more powerful computations. However, large assemblies of qubits that are stable enough to be applied to perform algorithms don’t yet exist.

「従来型計算機は、0と1の長連鎖で書き出される、ビットの形で情報を体系化して保存しているのに対して、量子計算機は、1か0、あるいは、同時にその数字の間のどの重ね合わせにもなれるキュービットを使い、研究者がさらに多くのパワフルな演算処理を実行することを可能にします。しかし、アルゴリズム実行に適用するのに十分安定したキュービットの大規模組み立ては、まだ存在しません。」

最大でまだ5~9個のキュービットがやっとな状況で、何れも極低温環境を要求するので、果たして実用性があるのかという問題もからんできます。維持費が高い冷却システムを用いた超伝導コンピュータが存在しないように、常温量子コンピュータの開発が今後の主流になっていくだろうと予想されています。例え作られたとしても、現在のスーパーコンピュータのように軍用とか政府関連、大学関連施設のみでの運用になるので、個人使用はできません。個人用量子コンピューターとかは難しいかもしれません。

可干渉時間

Winpenny and his collaborators address this problem in their algorithm designs, which combine large molecules to create both two qubits and a bridge between the units, called a quantum gate. These gates are held together through supramolecular chemistry. Studies of the gates show that the quantum information stored in the individual qubits is stored long enough to allow manipulations of the information and hence algorithms. The time information that can be stored is called the coherence time.

「ウィンペニー氏と彼の共働者達は、この問題を、2個のキュービットと量子ゲートと呼ばれるユニット間のブリッジの両方を作るために巨大分子を結合する、彼らのアルゴリズムデザインで対処しています。このゲートは、超分子化学を介して接合されています。そのゲートの研究は、個々のキュービットに保存されている量子情報が、その情報ひいてはアルゴリズムの操作を可能にするのに十分長く保存されている事を明らかにしています。保存可能な時間情報は可干渉時間と呼ばれています。」

“Say you’re in a bar and you’re trying to bring two pints of beer back to your friends without spilling it. But the bar is filled with drunks who are singing, jumping around, and dancing. The coherence time is a measure of how far you can get the beer without spilling it,” says Winpenny. “You want the bar to be very well behaved and very stationary so you can walk through the pub and get back to the table, just like we want the qubits to be stable long enough so we can store and manipulate information.

「”例えば、あなたがバーにいて、2パイントの飲料をこぼさずに友人の元へ持って戻ろうとしていたとします。でも、バーは歌ったり跳び回ったり踊っている人達で溢れています。可干渉時間は、あなたがこぼさずに何所まで飲料を持っていけるかの尺度です。”とウィンペニー氏は語る。”我々が情報を保存して操作することができるように、キュービットに十分長い間安定していてもらう必要があるのと同様に、あなたも、バーに、あなたがパブの中を歩いてテーブルに戻れるように、行儀良くじっとしておいてもらう必要があります。”」

キュービットの安定が量子コンピュータの一番のネックになっています。とにかく外部ノイズに異常に脆いので、すぐ重ね合わせ状態が崩壊します。

多量子ビットゲート

“The real problem seems to be whether we could put these qubits together at all. But we showed that connecting these individual qubits doesn’t change the coherence times, so that part of the problem is solvable,” adds Winpenny. “It’s achievable to create multi-qubit gates, and we’re hoping it inspires more scientists to move in that direction.”

「”現実の問題は、我々が、このキュービットをとにかく接合できるかどうかにあるように思えますが、これら個々のキュービットを接続しても、可干渉時間は変わらないので、問題の一部を解決できることを明らかにしました。”とウィンペニー氏は付言する。”多量子ビットゲートを作ることは達成可能で、我々が、もっと多くの科学者達がその方向に向かうように、奮起させる事を希望しています。”」

多量子ビットゲートが作成できないと、大規模量子コンピューターの開発は不可能で、大量の量子ビットを安定させるのは今のところ無理ゲーです。

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