再プログラム可能な量子コンピュータ!?

再プログラムが可能な量子コンピューターが、メリーランド大学カレッジパーク校の研究者等によって作られたとの事です。従来の量子コンピュータは、アルゴリズム毎にデバイスの調整する必要があったみたいなのですが、今回新たに開発された量子コンピュータは、アルゴリズム毎の調整は必要なく、旧式コンピュータのように、再プログラム可能な仕様になっているそうです。今のところは小規模試作機でのテストを繰り返しているみたいですが、今後は大規模量子コンピュータへの応用が期待されるところです。

キュービットを再プログラム

First Reprogrammable Quantum Computer Created

The new device is made of five qubits. Each qubit is an ion, or electrically charged particle, trapped in a magnetic field.

The scientists can use lasers to manipulate these ions — five ytterbium atoms — infusing them with precise amounts of energy and influencing their interactions with each other. In this way, the researchers can program and reprogram the quantum computer with a variety of algorithms.

「新しいデバイスは5個のキュービット(量子ビット)で構成されています。それぞれのキュービットはイオン、または、電荷を帯びた粒子で、磁場内に閉じ込められています。科学者は、5個のイッテルビウム原子である、これらのイオンを、正確な量のエネルギーで満たし、相互作用させるよう巧みに操作するために、レーザーを使うことが可能です。このようにして、研究者は、バラエティ豊かなアルゴリズムで量子コンピュータをプログラム、再プログラムできるようになります。」

従来の量子コンピュータと比べて、特段変わった事はしていないように思えますが、何が違うのかよく分かりません。と思ったら分かりやすく解説してくれているサイトがありました。

Lasers, qubits and a revolutionary quantum computer

The way the computer works is through the manipulation of qubits, with magnetic fields holding them so tightly together that they can vibrate in a coherent manner – the vibration comes from targeted lasers, each of different colours.

This produces a quantum entanglement, rendering each separate unit indistinguishable from another, meaning they can be in more than one state at the same time and, thus, quantum compute.

「そのコンピュータが目的通りに機能する方法は、キュービットの操作を介してで、キュービットは、位相が揃った状態で振動が可能なほど、磁場がそれらを非常にしっかりと縛り付けていて、その振動は、それぞれ色の異なった、照射されているレーザーによってもたらされています。これが量子もつれあいを実現し、それぞれの独立ユニットが他のユニットと区別ができなようにし、それらが同時に1ステートより多くなることを可能にしているので(スーパーポジション)、量子計算が達成されています。」

色の異なるレーザーで、各々のキュービットを照射することで、プログラミングを達成しているようです。全てのキュービットにレーザーを同時にを浴びせる事で、イオンをポンピングしているみたいです。それによってキュービットを初期状態に戻すことで、再プログラムが可能になっているようです。

アルゴリズムテスト

The researchers tested their device on three algorithms that quantum computers, as prior work showed, could execute quickly. One, the so-called Deutsch-Jozsa algorithm, is typically used only for tests of quantum-computing capabilities. Another, the Bernstein-Vazirani algorithm, can also be used to probe for errors in quantum computing. The last, the quantum Fourier transform algorithm, is an element in quantum-computing encryption-breaking applications.

「研究者は、以前の研究が示す通り、量子コンピュータが瞬時に実行できる3つのアルゴリズムを彼等のデバイスでテストしました。1つは、ドイチェ・ジョザ アルゴリズムと呼ばれている、量子コンピュータの能力のテストのためだけに使われています。もう1つは、ベルンシュタイン・ヴァジラニ アルゴリズムは、量子コンピュータのエラーを精査するために使われることも可能です。最後、量子フーリエ変換アルゴリズムは、量子計算、暗号化解読アプリケーションの基本です。」

アルゴリズムテストで、実際にこのデバイスが本物の量子コンピュータなのか、さらにエラーや、量子コンピュータの得意分野の暗号解読アルゴ等を使い、テストを行ったようです。

テスト結果

The Deutsch-Jozsa and Bernstein-Vazirani algorithms successfully ran 95 and 90 percent of the time, respectively. The quantum Fourier transform algorithm, which the researchers said is among the most complicated quantum calculations, had a 70 percent success rate, they said.

「ドイチェ・ジョザ アルゴリズムとベルンシュタイン・ヴァジラニ アルゴリズムは、それぞれ、95%、90%の割合で実行に成功しました。研究者が最も複雑な量子計算量子の1つであると言っているフーリエ変換アルゴリズムは、70%の成功率だったと彼等は言った。」

このテスト結果が凄いのかどうかは全く分かりませんが、ただ70%は如何なものなんでしょうか?最も複雑な量子計算の1つらしいので、無理も無いのかもしれませんが、まだまだ実用化には程遠いように見えます。それは研究者自身が言っています。

“We’d like this system to serve as a test bed for examining the challenges of multiqubit operations, and find ways to make them better,”

「我々は、このシステムに、多量子ビット運用の課題を調べるためのテストベッドとして役立ってもらいたいし、システム向上のための方法を探し出してもらいたいのです。」

他量子ビットコンピュータとしは、まだまだ使い物にはならないようなので、今後のさらなる研究が期待されますが、量子コンピュータについては、次から次へと新しい技術が開発されていますが、それが実用的かどうかは別の話で、ブレークスルーが起きないかぎり、本格的な運用への道のりは限りなく遠いような気がします。