相乗効果：IBMの研究者、量子誤り検出と抑制の統合によりサンプリング要求を63倍削減

インサイダー・ブリーフ

• IBMの研究者たちは、量子誤り検出と誤り抑制を組み合わせた実験において、抑制のみの場合と比較して推定サンプリングオーバーヘッドを最大63倍削減した。
• このアプローチでは、誤り検出チェックを使用して識別可能なフォールトがある実行を破棄し、検出を逃れた誤りに対して確率的誤りキャンセルを適用する。
• 結果は、論理量子ビットが登場した後も誤り抑制が量子計算をサポートし続ける可能性を示唆している。なお、この研究はプレプリントであり、63倍という数字は総実行時間ではなく、推定されたサンプリングオーバーヘッドを表している。
• 画像：IBM

量子コンピュータが向上するにつれて、量子誤り訂正が単に誤り抑制に取って代わるわけではないかもしれない。実際、IBMの調査によると、これら2つの手法は協力して、より少ないリソースで信頼性の高い計算を可能にする可能性がある。

IBMの研究者たちは、誤り検出プロトコルと統計的な誤り抑制技術を組み合わせ、超伝導量子プロセッサでこのアプローチをテストした。このハイブリッド手法は、小さな物理シミュレーションの期待される結果を再現しつつ、誤り抑制のみの場合と比較して推定サンプリングオーバーヘッドを最大63倍削減した。

IBMの調査ブログ投稿によると、この結果は、量子誤り抑制と量子誤り訂正を、量子コンピューティングの異なる時代に属するツールとしてではなく、連続体の一部として見るべきであるという考えに実験的な裏付けを加えるものである。

誤り抑制は一般に、今日のノイズの多いプロセッサに関連付けられている。誤り訂正は将来の誤り耐性マシンを支えることが期待されている。しかし、研究者らは投稿の中で、初期の誤り訂正コンピュータでも依然としていくつかの誤りが発生するため、より多くの物理量子ビットを必要とせずに結果を改善する抑制技術の余地が残されていると指摘している。

「量子誤り抑制と量子誤り訂正は、多くの場合、量子コンピューティングの異なる時代のためのツールとして枠付けされています。すなわち、近未来のデバイスのための抑制と、スケーラブルな誤り耐性のための訂正です」とチームは投稿に記している。「しかし、実際には、誤り抑制から誤り訂正への連続的な道筋が見えています。誤り訂正技術のスペクトラム全体で最適化することが、信頼できる量子計算から世界にとって重要なアプリケーションへとスケールアップするための鍵となります」

この研究でチームは、完全な誤り訂正システムではなく、誤り検出を使用した。誤り検出は量子誤り訂正の核となる部分だが、計算を続けながら特定されたフォールトを修復する代わりに、プロトコルは影響を受けた実行にフラグを立て、その結果を破棄できるようにする。

繰り返し実行のために量子ビットをトレードオフする

ノイズによって引き起こされる誤りは、有用な量子コンピューティングを実現するための主要な障壁の1つであり続けている。量子ビットは量子状態を失ったり、制御操作、隣接する量子ビット、周囲の環境から小さなフォールトを拾ったりする可能性がある。これらの誤りは、回路が大きくなり、実行時間が長くなるにつれて蓄積していく。