日本の産業コングロマリットである三井物産と三菱電機は、Quantinuum社の98量子ビットのHeliosイオントラップ型量子コンピュータ上で、量子フーリエ変換（QFT）の実験的ベンチマーク評価を共同で発表しました。共著のホワイトペーパー（「Experimental Evaluation of the Quantum Fourier Transform on a Trapped-Ion Quantum Computer“）で詳述されているこの研究では、物理量子ビットによる近似QFTとSteane符号化による論理QFT回路の両方が実行されました。
この実験では、2つの計算レジームにおけるハードウェアのスケーリングとアルゴリズムの有用性を評価しています。
- 物理量子ビットによる近似QFT（最大98量子ビット）：研究者たちは、プロセッサの最大98個の物理量子ビット容量まで、近似QFT回路を実行しました。小角位相回転の切り捨てパラメータ（degs=5）を設定することで、システムは非ゼロのターゲット状態確率（98量子ビットでPtarget=0.143）を維持しつつ、環境による物理エラーを軽減するために漏洩検出（LD）後選択を適用しました。
- Steane符号による論理QFT（最大12論理量子ビット）：7量子ビットのSteane誤り訂正符号（[[7,1,3]]）を使用して、チームは84個の物理量子ビットで最大12個の論理量子ビットをインスタンス化しました。アクティブな誤り訂正に対して誤り検出後選択を評価した結果、誤り検出は、ショット受け入れ率の低下（8論理量子ビットで31%、12論理量子ビットで8%）を犠牲にして、より高い論理ターゲット状態確率（4論理量子ビットでPLtarget = 0.934、8論理量子ビットで0.774）を達成することが観察されました。
- 論理Tゲート実装のトレードオフ：2論理量子ビットのQFTテストでは、フォールトトレラントではない直接アナログ回転と、フォールトトレラントなコードスイッチング状態注入（量子Reed-MullerブロックとSteaneブロック全体で30個の物理量子ビットを使用）を比較しました。直接アナログ回転は、現在の物理ノイズレベル下でより高い出力忠実度をもたらし、完全なフォールトトレラントゲート構築に伴う運用上のオーバーヘッドを浮き彫りにしました。
[ 物理QFTと論理QFT実行のベンチマーク比較 ]
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物理近似QFT (degs=5) 論理QFT (Steane Code)
• 18～98物理量子ビットで実行。 • 2～12論理量子ビットでスケーリング。
• P_target = 0.976 (18q) ➔ 0.143 (98q)。 • 論理量子ビットあたり7物理量子ビットを使用。
• 漏洩検出後選択を使用。 • 直接アナログ vs. コードスイッチングTゲートを評価。共同研究チームは、QuantinuumのGuppy®ハイブリッドプログラミング言語とpytket® コンパイルツールチェーンを使用してカスタム量子誤り訂正ソフトウェアを開発し、物理ゲートノイズ、コード距離のオーバーヘッド、および後選択受け入れ率間のクロスレイヤー設計のトレードオフを評価しました。
技術ホワイトペーパーは、三菱電機のこちらから、エグゼクティブインサイトはQuantinuumブログのこちらでご覧いただけます。
2026年8月14日
