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NTT、量子的間接制御における数学的枠組の構築に成功

2020/6/2 17:05
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発表日:2020年6月2日

量子的間接制御における数学的枠組の構築に世界で初めて成功

~量子情報処理のノイズ低減に向けた新たな指針として期待~

日本電信電話株式会社(本社:東京都千代田区、代表取締役社長:澤田 純、以下「NTT」)は、量子的間接制御(※1)において、直接操作が可能な量子系の自由度が極端に小さくても、間接的に繋がった量子系に対しての十分な制御性が普遍的に存在することを示しました。

本研究では、量子的間接制御の背後にある数学的に普遍な構造を明らかにしました。これまで、量子的間接制御は、様々な量子的間接制御それぞれに解析がなされ、個別にその性質が議論されていました。しかし、量子系の規模が増すと解析の困難さも増すため、量子計算機など、中規模以上の量子系においては、量子的間接制御は利用が困難であると考えられていました。本研究では、規模がいかに大きな量子系であろうとも、そこに含まれる2個以上の量子ビットを任意に操作できれば、その量子ビットに間接的に繋がった量子系に対する任意の制御が本質的には普遍的に可能であることが示されました。

これは、量子的間接制御が、中規模以上の量子系を用いた量子情報処理を実現する手段の一つとして候補になりうることを示唆します。

1.背景

近年、量子計算機をはじめとする量子情報処理に対して、その実現への期待が集まっています。しかし、現在実現している中規模以上の量子情報処理においては、システムに混入するノイズが大きく、多くの場合において量子的性質を有効に活用できるまでには至っていません。実現へ向けたノイズ低減のための現在の研究は、電磁遮蔽などの物理的手段によるノイズの遮断と、量子誤り訂正符号を用いた理論的なノイズの影響の排除が中心となっていますが、未だ十分なノイズ低減の実現は見通せていません。

その一方、1量子ビットの量子メモリーなど、小規模の量子情報処理においては、NVセンタ(※2)などを使った量子的間接制御のように、外部からのノイズなどの影響を原理的に受けにくい量子系を量子情報処理に利用する実験的な実証がNTT物性科学基礎研究所や他の研究機関でなされてきました。しかし、大規模な系での量子的間接制御は、その複雑性故に実現していませんでした。

*以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0535134_01.pdf

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