Amazon Web Services（AWS）は、量子コンピューティングの進化において極めて重要なエラー訂正の強化に焦点を当てた新しい量子コンピュータチップを発表した。このチップは、Amazon社内で製造され、受動的なエラー訂正アプローチを用いてビット反転エラーを100倍抑制することができるという。
AWSのグローバルインフラストラクチャおよびカスタマーサポート担当副社長であるPeter DeSantis氏は、ラスベガスで開催されたAWSのre:Inventカンファレンスの基調講演で、この開発の特徴と意義について詳しく説明した。AWSチームは、エラー訂正に革新的なアプローチを取る、完全に社内で設計されたカスタムメイドの量子デバイス、つまりこのチップの開発に取り組んでいる。
量子コンピュータを含むすべてのコンピュータでは、時折エラーが発生する。古典的なコンピュータは、ECCメモリなどのエラー訂正技術を利用して、「ビット反転」と呼ばれる、2進数における各ビットの値を0ならば1に、1ならば0に反転されるエラーから保護している。しかし、量子コンピュータは、環境からのノイズに敏感であるため、エラー訂正が困難だ。量子ビットは、ビット反転と位相反転（量子ビットが突然逆方向に回転し始めると、量子計算が不正確になる）の2つの次元でエラーを起こす可能性がある。位相反転エラーの影響を軽減するために、量子エラー訂正技術が採用されている。この技術では、位相反転エラーを検出・訂正できるように複数の量子ビットに情報を符号化する。
量子ビットのエラー率は高いため、数十億回のエラーフリー演算を必要とする複雑な問題を解くには実用的ではない。
DeSantis氏によると、「ビット反転と位相反転を分離することで、受動的なエラー訂正アプローチを用いてビット反転エラーを100倍抑制することができました。これにより、私たちはアクティブなエラー訂正を位相反転にのみ集中させることができます」とのことである。彼は、受動的およびアクティブなエラー訂正アプローチを組み合わせることで、理論上は標準的な方法よりも6倍効率的に量子エラー訂正を達成できる可能性があると強調した。この開発は、ハードウェア効率の良い、スケーラブルな量子エラー訂正を作成するための重要なステップを表している。
AWSの量子技術ジェネラルマネージャーであるSimone Severini氏はLinkedInの投稿で、AWSの論理Qubit（量子ビット）がハードウェア効率が良く、スケーラブルであると述べている。彼によると、このチップは特殊な発振器ベースのQubitを使用してビット反転エラーを抑制し、より単純な外部エラー訂正コードが位相反転エラーを保護する。
Severini氏はさらに、「このチップは、シリコンマイクロチップの表面にキュービットを“印刷”する超伝導量子回路技術に基づいています。これにより、物理的なキュービットの数を大幅にスケールアップすることが可能で、物理的なキュービットをチップに追加することで、全体的な論理エラー率を指数関数的に抑制することができます。同様の発振器ベースのキュービットに基づく他のアプローチは、手作業で組み立てる必要がある大きな3D共振キャビティに依存しています」と付け加えた。
100倍改善されたとはいえ、量子ビットは複雑な問題を解くのに実用的に役立つにはまだノイズが多すぎる。とはいえ、DeSantis氏は努力が重要であると述べた。「15年前、最先端は10回の量子操作ごとに1回のエラーでした。今日、私たちは約1000回の量子操作ごとに1回のエラーにまで改善しました。この15年間で100倍の改善は重要です。しかし、私たちを興奮させる量子アルゴリズムには、エラーなしで数十億回の操作が必要です」とDeSantis氏は付け加えた。
DeSantis氏は、現在の量子コンピューティングにおける課題を概説し、0.1％のエラー率では、各論理Qubitに数千の物理Qubitが必要であると述べた。彼は、量子コンピューターが大きく複雑な問題に取り組むために必要なレベルにまだ達していないと述べ、エラー訂正を通じた改善の可能性がより実用的な量子コンピューティングへの確実な賭けであると述べた。「物理的なQubitのエラー率をさらに改善することで、エラー訂正のオーバーヘッドを大幅に削減できます」と彼は言った。
初期段階についてDeSantis氏は、エラー訂正された量子コンピューターへの道のりはまだ初期段階にあるとしながらも、この開発の重要性を強調した。「このステップは、量子コンピューター上で興味深い問題を解決するために必要な、ハードウェア効率の良い、スケーラブルな量子エラー訂正を開発する上で重要な部分です」。
DeSantis氏は、この開発が実用的で信頼性の高い量子コンピューティングへの進歩を加速させ、製薬、材料科学、金融サービスなどの産業を革命的に変える可能性があることを期待している。
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