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2023年11月23日
东京大学
电気通信大学
科学技术振兴机构（闯厂罢）

発表のポイント

• ノイズのある量子コンピュータへの适用が期待されている量子误り抑制法の原理的性能限界を明らかにした。
• 量子误り抑制法の一般理论を导入することで、従来のケースバイケースの解析では不可能であった普遍的な性能限界の解析に初めて成功した。
• 量子误り抑制には量子回路の深さについて指数的な时间コストが必ず必要となることを証明した。本研究の结果は、有用な量子コンピュータの実现を考える上での将来的な指针を与えるものと期待される。

発表概要

　东京大学大学院総合文化研究科の高木隆司准教授、电気通信大学大学院情報理工学研究科の田島裕康助教（兼任：科学技术振兴机构（闯厂罢）さきがけ研究員）、Nanyang Technological University SingaporeのMile Gu准教授による研究グループは、量子コンピュータ（注1）におけるノイズ効果を抑制する方法として注目されている「量子误り抑制法」（注2）に課される普遍的な性能限界を、量子力学の原理から明らかにしました。

　量子技术の実験的発展が目覚ましい今日、ノイズがある小?中规模の量子コンピュータの计算性能を理论的に特徴づけることは大きな课题となっています。本研究では、どのような量子误り抑制法に対しても普遍的に必要となる时间コストを导出し、特に量子回路の深さ（注3）に対して时间コストが指数的に増大することが原理的に避けられないことを初めて証明しました。この结果は今后の量子技术の発展の方向性の指针を与えると同时に、本研究によって导入された、ノイズのある量子系の操作的性能を情报理论の侧面から明らかにする研究アプローチの将来的な発展が期待されます。

　本研究成果は、2023年11月22日（米国東部時間）に米国科学誌「Physical Review Letters」のオンライン版に掲載されました。

発表详细

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用语説明

（注1）量子コンピュータ：量子力学の原理を用いて计算処理を実行するデバイスで、化学や机械学习等の分野への応用が期待されている。

（注2）量子误り抑制法：ノイズの存在下において量子计算の计算精度を保証する方法として量子误り订正法が提唱されているが、それに必要な量子误り订正符号を実装するためには大规模で高精度な量子コンピュータが必要となる。量子误り抑制法は、量子状态を符号化する代わりに量子计算を多数回繰り返した后古典的な情报処理を加えることによって计算精度を高める方法で、近年実现されてきている小?中规模の量子コンピュータに适用可能な方法として注目を集めている。

（注3）量子回路の深さ：量子计算は量子ゲートと呼ばれる演算を量子状态に次々と适用させていくことで実行される。どのように量子ゲートを适用するかを表すものは量子回路と呼ばれ、それらの量子ゲートを适用するのに必要な総时间ステップ数は量子回路の深さと呼ばれる。