英国の科学者は、2つの独立した量子プロセッサを正常に接続し、量子インターネットと潜在的に量子スーパーコンピューターへの道を開いています。
量子コンピューターで量子ビットの数を増やすことは、量子コンピューターが「うるさい」ため、挑戦的であることが証明されています。これらは、熱、動き、または電磁気症からの干渉に敏感であり、古典的なコンピューティングのビットよりもはるかに頻繁に失敗します。
量子コンピューターにQubitsが多いほど、システムは複雑になり、デコヒーレンスのリスク（量子情報の損失）とエラーを防ぐために必要なリソースが大きくなります。そのため、科学者は、システムをスケーリングする前に、真に有用な量子コンピューターに必要な数百万のキュービットまでシステムをスケーリングすることに焦点を合わせています。
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2月5日のNatureで発表された研究では、科学者は、既存の光ファイバーケーブルを使用して個別の量子プロセッサを結びつけることにより、このスケーラビリティの問題を中心に作業することを提案し、それにより利用可能なキュービットの数を増やしました。
これは、分散型量子コンピューティング（DQC）の実現可能性を実証するための重要なステップであり、それにより、量子プロセッサが一緒に接続されて計算を実行します。 DQCは、複数の量子プロセッサが協力して、古典的なスーパーコンピューターよりもはるかに短い時間でますます複雑な問題を解決できるようにします。
科学者は、Photonicネットワークインターフェイス（光ファイバー）を使用して、AliceとBob（量子コンピューティング会社Alice＆Bobと混同しないでください）と呼ばれる2つの量子プロセッサをどのように接続したかを説明しました。 Photonicネットワークインターフェイス全体に量子アルゴリズムを送信することで、2つの量子プロセッサがリソースを共有し、単一のエンティティとして動作することができました。
未来の分散コンピューティング
このような2つのプロセッサを接続することにより、科学者は量子情報とともに、および初めて量子アルゴリズムとともに光子を伝達することもできます。このようなアルゴリズムは、量子コンピューターが問題を解決できるようにする計算関数です。これらは、光子間の量子絡み合いの現象を利用することによって共有されました。
量子プロセッサは、グローバー検索アルゴリズムを使用してテスト問題で連携することもできます。これは、「干し草の山の針」を見つけるように設計された量子アルゴリズムです。未解決のデータの大きなプールで特定の情報を検索します。
このブレークスルーは、量子コンピューティングのスケーラビリティ問題を解読するための鍵です。数百万のキュビットを含む単一のマシンの代わりに、これは大規模で扱いにくいものであるため、多くの小規模なプロセッサに分布する計算を可能にします。光ケーブルでリンクされたトラップイオンキュービットの小さなモジュールを使用すると、個別のQPUのキュービットが絡み合っています。
DQCシステムでプロセッサを接続することの追加の利点は、メンテナンスの容易さです。これは、システムの残りの部分を混乱させることなくモジュールをアップグレードまたは交換できるためです。
2つの量子処理ユニット（QPU）の間に6.6フィート（2メートル）のギャップしかなかったため、この技術の将来の試験では、接続がはるかに長い距離で安定したままであることを保証するために動作距離を拡張する必要があります。量子情報を送信できる範囲を増やす量子リピーターは、将来のシステムにも組み込まれる可能性があります。
量子プロセッサを追加すると、DQCが量子スーパーコンピューターを構築するための実行可能なソリューションであるというさらなる証拠が提供されます。今日のスーパーコンピューターが数百の古典的なプロセッサを接続しているのとほぼ同じ方法で、量子プロセッサを広大な距離でリンクすることにより、量子スーパーコンピューターを作成することが理論的に可能です。
概念の証明として、この実験は、DQCが実行可能であることを証明しました。また、さまざまな場所の量子プロセッサを使用して安全な通信ネットワークを構築できるため、情報を送信するより安全な方法を可能にする安全な量子インターネットの基礎を作成します。
声明で、 デビッドルーカス、研究チームの主任研究者であり、英国の量子コンピューティングおよびシミュレーションハブの主任科学者は、チームの「実験は、ネットワーク分布の量子情報処理が現在の技術で実行可能であることを実証している」と述べた。
しかし、ルーカスは、量子コンピューターが実際のアプリケーションで利用できるようにする前に、やるべきことがたくさんあることを認めました。
「量子コンピューターを拡大することは、今後数年間にわたって新しい物理学の洞察と集中的なエンジニアリングの取り組みを必要とする可能性が高い、恐ろしい技術的課題のままです」と彼は言いました。
#量子スーパーコンピューターの構築科学者は既存の光ファイバーケーブルを初めて使用して2つの量子プロセッサを接続します