2022年6月の研究論文・ハードウェア編

日付:2022-07-21 提供:Quantum Computing Report 翻訳:Hideki Hayashi


By Dr. Chris Mansell


【 Hardware 】



Title: Quantum computational advantage with a programmable photonic processor(プログラム可能なフォトニックプロセッサによる量子優位性)

Organizations: Xanadu; National Institute of Standards and Technology


 この件が発表されるまで、古典的なコンピューターに対して計算上の優位性を実現した光量子プロセッサーは、どれもプログラムすることができず、新しい古典的な発見的アプローチによってその優位性が疑問視され始めていた。今回、「Borealis」と呼ばれるプログラム可能なフォトニック量子コンピュータが、前述のプロセッサの5,000万倍を超える実行時の優位性を実証した。時間領域多重化によりスケーラビリティが向上し、その他の技術的課題を解決することにより、最近開発された古典的なスプーフィングアルゴリズムに対して脆弱性が少なくなったのである。一般ユーザがインターネット経由でリモートアクセス可能。

Link: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04725-x



Title: Negative Quasiprobabilities Enhance Phase Estimation in Quantum-Optics Experiment(負の準確率による量子光学実験における位相推定

Organizations: University of Toronto; Hitachi; NIST and University of Maryland; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics; Harvard University


 光学実験室で光子を半波長板に通すと、光子の位相が何度、または何ラジアンかずれることがある。そのため、光子の位相を正確に推定することが、残った実験の目標となる。この方法をより良い形で見つけることは、重力波天文学をはじめとするさまざまなセンシングの応用につながっていく。位相の推定精度は、プレートを通過する光子の数が多いほど高くなる。これは基本的にはCramér-Rao boundによって制限されているが、いくつかの光子を無視するよう選択することで、検出される光子あたりの精度を高くすることが可能だ。このアプローチはポストセレクションと呼ばれ、多くの繰り返し測定を行う際に発生するいくつかの課題を軽減することができる。本研究では、新しいフィルタリング技術を実験的に実証し、検出された光子1個あたりの情報量を2桁以上増加させた。しかし、残念ながら、いくつかの系統誤差も増加している。

Link: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.220504 



Title: Quantum Optical Microphone in the Audio Band(オーディオ帯域の量子光学マイクロフォン 

Organizations: University of Stuttgart; Center for Integrated Quantum Science and Technology; University of Cambridge; Stanford University; Olgahospital, Stuttgart; Ulm University


 量子優位性は聴こえていますか?ドイツに住む45人は、比較的普通のレーザーマイクロホンで録音した音よりも、量子力学を応用したマイクロホンで録音した音の方が、より高い割合で正しく識別することができた。この実験は、サンプリングレートを1万分の1に向上させる革新的な量子干渉法を検証するために行われたものだ。また、専門家でなくても理解できるように、より親近感のわく改良が施されている。マイクロホンは、薄い振動板が空気中の圧力波に反応して動く。この振動板の動きは、さまざまな方法で電気信号に変換することが可能だ。振動板の動きをモニターする方法として、レーザーがある。研究者らは、量子的な強化を行うために、有用な情報を提供する2光子位相シフトを取得し、それを1つの光子の偏光に転写することにより、他の方法よりもはるかに簡単に測定することができた。残念なことに、この研究が応用される可能性があるのは、量子力学的なマイクロフォンの新時代ではない。このテストは非常に巧妙に作られており、化学反応や生物学的試料の精密測定、あるいは原子集団の研究などに適していると考えられる。

Link: https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.3.020358 



Title: Rydberg Quantum Wires for Maximum Independent Set Problems with Nonplanar and High-Degree Graphs(非平面・高次グラフの最大独立集合問題に対するリュードベリ量子細線

Organization: Korea Advanced Institute of Science and Technology


 グラフ理論は、交通やソーシャルネットワークから、数独パズルや生物システムに至るまで、あらゆるものの分析に用いられている。相互作用を制御できる超低温原子の配列は、原子がグラフのノード、相互作用がグラフのエッジを表すことができるため、グラフのシミュレーションに有望なシステムである。しかし、高励起リュードベリ状態になった原子の場合、相互作用は遮断半径と呼ばれる一定の半径内にある他の原子にしか影響を及ぼさない。このため、長距離の辺を持つ非平面グラフや、同じノードから来る多くの辺を持つグラフを符号化することは困難である。本論文では、補助量子ビットを用いた量子細線方式を紹介する。彼らは原子の3次元配置を実験的に構築し、その基底状態を得ることで、関連するグラフの最大独立集合を求めることに成功した。まだ技術的なハードルは残っているが、この実証は、量子システムが難しい組み合わせ最適化問題を解決できるようになるための重要な一歩となる。

Link: https://www.nature.com/articles/s41567-022-01629-5