中国のチームがシュレーディンガーの猫の量子状態を維持する記録を達成 |テクノロジー

巨視的な世界とその法則に慣れている人間の心にとっては直観に反するように聞こえるかもしれませんが、原子粒子は同時に 2 つの状態になる可能性があります。これは、オーストリアの物理学者エルヴィン・シュレーディンガーが、箱の中の猫は生きていると同時に死んでいる可能性があるという有名な精神的パラドックスで説明しようとしたことです。この特性は状態の重ね合わせとして知られ、量子コンピューティングの基本原理です。しかし、それは非常に壊れやすく、断熱と寒さの極端な条件では数ミリ秒しか持続しません。中国科学技術大学のZheng-Tian Lu氏のチームは次のように保証する。 Arxvivで発表された研究 (オープンな研究リポジトリ) は、量子重ね合わせを 23 分間安定に保つことで、これまでのすべての記録を破りました。

説明どおり アルベルト・カサス理論物理学研究所 (CSIC-UAM) の CSIC 研究教授、および著書 量子革命 (Ediciones B、2022)、「私たちの日常生活では、物体が 1 つの位置、1 つだけを占めることに慣れています。」 「しかし」と彼は付け加えた、「量子物理学では電子が複数の状態を重ね合わせることを可能にしており、その位置を測定しない限り、2 つの現実が共存することになります。これは実験的に吐き気がすることが証明されています。巨視的な世界ではそれは見えませんが、微視的な世界ではそれが十分に証明されています。」

この特性は量子コンピューティングの基本です。古典的なコンピューターは、ビット、つまり 0 と 1 のシーケンスを操作することによって動作します。対照的に、最も高度なコンピューティングの構成要素は、ゼロと 1 の状態を任意に重ね合わせた量子ビットです。このように、現在のスーパーコンピューターがバイト単位で数百万回の演算を実行できる場合 (IBM の Summit は 1 秒あたり 200,000 万回以上の計算を処理できます)、量子スーパーコンピューターはその容量の指数関数的な増加により、数兆回の演算を実行できます。

しかし、これらのオーバーレイは非常にデリケートです。コンピューターを構成する同じ原子は完全に静止することができないため、外乱 (ノイズ) が誘発されますが、システムを絶対零度 (-273 °C) に近い温度まで冷却することで低減しようとします。さらに、環境との相互作用により、重ね合わせが役に立たなくなるまで劣化します。これはデコヒーレンスとして知られる効果です。

量子美徳の脆弱性は、状態の重ね合わせが数ミリ秒しか維持されないことを意味します。今まで。中国の研究者らは、発表された研究のタイトルにあるように、シュレーディンガーの猫の状態を1,400秒、つまり約23分間安定に保つことに成功したと主張しており、これは一貫性の絶対的な記録を表している。

この実験では、粒子が閉じ込められる電磁力のネットワークを形成するレーザーの組み合わせである光トラップでイッテルビウム原子を使用し、粒子の速度と温度をほぼ絶対零度まで下げました。

カルガリー大学（カナダ）の物理学者で、この研究には関与していないバリー・サンダース氏は、安定したシステムを維持するのに時間がかかったことから、この実験は重要な成果だと考えていると語った。 新人科学者 研究に関する情報の中で。 「微細な力を検出して研究したり、基礎物理学における新しくて珍しい効果を調査したりするために使用でき、一瞬を超えたデータを提供し、非常に早く起こる効果とゆっくりと起こる効果の両方を捉えることができます」とサンダース氏は説明します。

この研究の著者7人は、この実験が「物理測定の精度を向上させるための有望な道」であり、「標準量子限界を下回る測定の不確かさ」への扉であると考え、同様の考えで語っている。

カサス氏が説明するように、定理または不確定性原理は、「粒子の位置や速度など、同時に知ることのできない物理的大きさが存在する。位置を測定すると速度が乱れてしまい、両方を同時に知ることは不可能です。」 「しかし、問題はさらに深いところにあります」と彼は付け加えました。「この原理が示しているのは、粒子の位置と速度を同時に定義することはできないということです。一方が明確に定義されていれば、もう一方も明確に定義することはできません。」

「物理学は実験、特に精密測定に限界を課します」と量子コンピューティング会社 QuEra の物理学者、ジョン・ロビンソン氏は次のように説明しています。 MIT テクノロジーのレビュー。

この研究の著者らは、測定を限界まで推し進めることに加えて、このシステムを量子メモリに適用することで、この物理学に基づくコンピューティングの最大の課題の 1 つであるエラー訂正に必要な冗長性を提供できると主張しています。計算。

これは、絶対零度に触れることなく信頼性の高い動作を実現し、より長い動作時間とより低いエラー率を実現するという、このテクノロジーの基本的な競争です。

量子物理学の特性により、今のところ誤差は避けられません。しかし、外乱制御システムによる、または失敗を修正する結果に公式を適用することによる、それらの緩和または修正が実を結び始めています。 Googleの研究者チームは、同様に掲載された論文で量子エラーの修正において大きな進歩を達成したと主張している。 ArXiv。

科学者らは、効果的な量子誤り訂正に必要な臨界閾値を下回る故障率を達成したと述べており、これはスケーラブルでフォールトトレラントな量子コンピューティングに向けた基本的なステップであると考えている。