機械学習とビッグデータが未来を予測し量子ビットの寿命を延ばす!

シドニー大学の科学者達が、量子技術の奇妙で強力な世界を実現に近付けるのに役立つ可能性がある重要な功績において、量子系の未来を探れることを実証し、先手を打ってそれらの崩壊を阻止するためにその知見を利用したとの事です。量子が可能にする技術の応用が人を引き付け、特に、センシングと度量衡学の領域で既に重大な影響をみせています。また、量子ビットを使った桁外れにパワフルな量子コンピュータを構築可能な事が、世界中の巨大企業からの投資を活発にしています。

quantum-enabled technologies = 量子が可能にする技術、量子対応技術

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ビッグデータ技術で量子系の未来を予測

Seeing the quantum future… literally

しかし、信頼性の有る量子技術を構築するための重大な障害が、有益な量子的特性を効率的に破壊する、周囲環境またはデコヒーレンスによる量子系のランダム化です。

The physicists have taken a technical quantum leap in addressing this, using techniques from big data to predict how quantum systems will change and then preventing the system’s breakdown from occurring.

「物理学者は、この問題に対処するために、量子システムがどのように変化するかを予測するためにビッグデータが提供している技術を使用し、その後、系の破壊が起きるのを回避する、技術的な量子飛躍を利用しています。」

technical quantum leap = 技術的大飛躍

今回の研究は、Nature Communications誌に今日掲載されています。

量子性は壊れやすい

スマホと同じように量子システムもいつか壊れますが、量子技術における寿命は、一般的に、年単位ではなく、一秒にも満たない単位で測られています。

今回の画期的な研究は、予防的にデコヒーレンスを抑えることが可能な事を実証しています。解決の鍵は対象系がどのようにして崩壊するかを予測するための技術開発でした。

量子世界で予測を立てることの難しいようです。人は日常的に予測的な技法を利用していて、例えば、私達がテニスをプレイする時、空中のボールの動きを観察することで、ボールがどこに落ちるかを目分量で予測できます。これは、ボールがどう動くかを支配している、重力のような自然法則が規則的で良く知られているおかげでうまくいきますが、もしボールがあなたの方へ向かう間、でたらめにその法則が変わったとしたらどうなるでしょうか?その場合、未来のボールの挙動を予測することはほぼ不可能になるでしょう。

それなのに、この状況こそがまさに私達が、量子系の崩壊がランダムなせいで対処しなければならないことなのです。さらに、量子領域においては、観測が量子性を消し去ってしまうために、対象量子システムが、どのようにしていつ不規則に壊れるのかを予測する必要があります。それは、言ってみれば、目隠しをした状態で、でたらめに動き回っているテニスボールを効果的に打ち返さなければならないようなものです。

機械学習とビッグデータの最強コンビ

チームは、彼等の量子系(トラップ原子で実現されているキュービット)が破壊されるのを回避するための助けを機械学習に求めました。一見でたらめな挙動なように見える事が、実は、その系が将来的にどのように変化するのかを、コンピュータプログラムが推測するのに十分な情報を含んでいました。その結果、直接観測をすることなく未来予測を可能にしてくれています。そうしないと直接観測が系の有益な量子特性を消してしまいます。

その予測は驚くほど非常に正確なので、チームがそれらの推測を使って、機先を制して予期された変化を相殺することを可能にしてくれています。

この事をリアルタイムで行えることが、チームが量子的特性の崩壊を防ぐことで、キュービットの利用寿命を延長することを可能にしてくれています。

本物の量子技術を構築することは、それらを実用用途で使えるようにするために、キュービットをコントロールして安定させるための、我々の能力における大きな進歩を必要としています。我々の技術は、主要企業によって使われている特殊な超伝導回路を含む、どんなキュービットにも適用でき、どんな技術にも組み込めます。

我々は、量子システムを目新しい未知の存在から実用的な技術に変えることができる、新しい能力を開発中であることに非常に興奮しています。量子の未来がどんどん良く見えるようになっていますと、Biercuk教授は言っています。

量子の未来がよく見えるは、量子技術の未来は明るいというのと、量子系の未来が確実に予測可能になるということを掛けていると思われます。この技術の凄さは、リアルタイムでキュービットの崩壊予測を行えるので、リアルタイムで崩壊キュービットを補うことができ、理論的に永久に量子状態を維持できることになるということです。予測が100%正確になれば、100%正確に量子コンピュータが動作することになります。機械学習とビッグデータのコンボの破壊力を改めて思い知らされた研究でもあります。

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