アメリカ国立科学財団（NSF）は、イェール大学が主導する多分野にわたる研究チームに対して、実用性と自己修正能力を兼ね備えた量子コンピュータをゼロから設計するための研究費として、¥5,960（US$37.50） millionを交付しました。研究者たちは、量子コンピュータが信頼性を持って動作し、実際の応用に投入されるためには、エラーが発生するよりも速い速度でエラーを検出し修正できる必要があると指摘しており、これは現在の量子計算分野で最も緊急に突破が求められている技術的なボトルネックです。
NSF PRACTIQALが量子エラー修正の核心的課題に焦点を当てる
新設されたセンターの所長を務める応用物理学教授のロバート・ショールコフは、「現段階では、エラー修正は量子計算が実際に機能するかどうかの鍵となる科学的および工学的な課題です。このプロジェクトを通じて、量子コンピュータをより製造しやすく、より信頼性のあるものにするための科学的および工学的原理を根本的に理解し、技術スタックの各層から新しいアイデアを提案し、エラー修正およびフォールトトレラントな機械の実現をより実行可能で効率的、実際の応用に近いものにしたいと考えています。」と述べています。
この5年間の研究計画は、¥5,960（US$37.50） millionの総額で、イェール大学および複数の協力機関からの物理学者、エンジニア、コンピュータ科学者、化学者が集まり、量子計算の最大の障害であるエラー修正に取り組み、現実の応用ニーズに応じた信頼性のある機械を構築するための道を開きます。チームは、「NSF Quantum Leap Challenge Institute for Physics and Engineering of Practical Quantum Error Correction」（略称 NSF PRACTIQAL）という新しいプログラムを立ち上げ、学際的な協力センターとして関連研究を推進します。
NSF PRACTIQALの目標は、量子コンピュータのあらゆる側面で進展を遂げることであり、物理的な量子ビット（qubit）、制御電子回路、アルゴリズムの実行方法など、すべての要素を含みます。ショールコフはさらに説明します。「物理学者だけでなく、エンジニアやコンピュータ科学者も参加することで、デバイスの背後にある物理原理と発生するエラーパターンを深く理解し、それに基づいてエラー修正コードやアルゴリズムを最適化し、ハードウェアの特性と相互に連携させることを目指しています。」
二つの大きな課題に焦点を当て、「エラーレーション量子ビット」の応用を探る
NSF PRACTIQALは、量子計算分野の二つの大きな課題に集中して取り組みます。一つは、エラー修正機能を持つ機械のスケールアップを妨げている重要な問題を特定し、量子エラー修正をより実用的かつ効率的にする方法を研究することです。もう一つは、「エラーレーション量子ビット」（erasure qubits）と呼ばれる特別な設計の量子ビットの応用可能性を探ることです。プレスリリースによれば、このような量子ビットはPRACTIQALチームのメンバーによって初めて提案され、エラーが発生した位置と時間を正確に示すことができ、修正プロセスをよりターゲットにしたものにします。
研究チームはまた、現在の量子エラー修正分野の大部分の作業が、エラーを修正するために最適化された小型機械上で行われていることを指摘しています。PRACTIQALチームの目標は、小型実験装置から大規模でエラー修正機能を持つ量子コンピュータへの距離を縮めることです。PRACTIQALの共同ディレクターを務める応用物理学の准教授マイケル・ハトリッジは、「私たち学術機関は、巨大なシステムを直接構築することはありませんが、さまざまなアイデアを検証し、より大規模なシステムに向かうための実行可能な道を構築します。」と述べています。
「これが私たちが業界パートナーを引き入れる理由であり、外部の諮問委員会を設けて、チームが孤立した実験だけを行わないようにし、常により広いコミュニティと連携を保つことを助けています。」
研究チームは、この野心的な5年間の計画が終了する際に、産業レベルで実用的なエラー修正能力を持つ量子コンピュータへの明確な道筋を描けることを期待しています。ハトリッジは最後に、「私たちはこれに非常に期待しています。PRACTIQALは規模が大きく、複雑で、多くの相互に関連する要素を含んでいますが、この作業を開始できることに非常に興奮しています。」と述べました。
項目 内容 リーダー機関 イェール大学 資金提供機関 アメリカ国立科学財団（NSF） プロジェクト名 NSF Quantum Leap Challenge Institute for Physics and Engineering of Practical Quantum Error Correction（NSF PRACTIQAL） 資金額 ¥5,960（US$37.50） million） プロジェクト期間 5年 ディレクター ロバート・ショルコフ（イェール大学応用物理学スターリング教授） 共同ディレクター マイケル・ハトリッジ（イェール大学応用物理学准教授） 参加学科 物理学、工学、コンピュータ科学、化学 核心研究分野 物理量子ビット、制御電子回路、エラー訂正符号、アルゴリズム 二大焦点課題 エラー訂正機械のスケーリング；「消去量子ビット」の応用探索