量子コンピューティング: 超伝導量子ビットが重要な量子テストに合格

ベルテストは、2 つのシステムが本当にもつれているかどうかを確認できます。現在では、超伝導回路内の量子ビット間のもつれを確認するために使用されています。

リア・クレーン著

2023 年 5 月 10 日

超伝導量子ビットを使用するIBM量子コンピュータ

IBM

超伝導回路が初めて、システムの量子挙動を確認するための物理学における最高のテストであるベルテストに合格した。これらの回路は量子コンピューターで使用されており、このテストは量子ビットが本当にもつれていることを証明します。

2 つの粒子が絡み合っている場合、一方の特性を測定すると、非局所相関と呼ばれる現象で、もう一方の測定された特性に瞬時に影響を与えます。これが起こるということは、もつれの影響が光より速く伝わる必要があることを意味します。この奇妙な量子効果のテストはベルの不等式と呼ばれ、実際のもつれが存在せずに粒子が偶然同じ状態になる頻度の制限を設定します。ベルの不等式に違反することは、一対の粒子が実際に絡み合っていることの証拠です。

ベルテストは多くのシステムで実行されてきましたが、超電導回路では実行されたことはありません。テストでは、絡み合った 2 つのシステムが、両方のシステムの測定にかかる時間内に信号が光の速さでシステム間を伝わらないほど十分に離れている必要があります。全体を絶対零度に近い温度に保つ必要があるため、超電導回路でこれをテストするのは困難です。チューリッヒにあるスイス連邦工科大学のサイモン・ストルツ氏とその同僚たちは、このようなサーキットでのベルテストの実行に初めて成功した。

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現実を証明できる量子実験は存在しない

彼らは、量子ビットまたは量子ビットと呼ばれる回路の2つの絡み合った部分を、30メートルの冷却されたアルミニウム管を通して送られるマイクロ波を使用して接続し、各量子ビットを個別の冷蔵庫に保管しました。次に、乱数発生器を使用して、人間によるバイアスを避けるために量子ビットに対してどのような測定を行うかを決定しました。

研究者らは、1 秒あたり 12,500 回の測定速度で 400 万回以上の測定を行いました。これは、光が 2 つの量子ビット間の管内を伝わるよりも速く、各ペアの測定が確実に行われるようにするために必要な速度です。これらすべてのデータポイントを一緒に分析した結果、予想通り、ベルの不等式が破られ、量子ビットがアルバート・アインシュタインの言うところの「遠隔での不気味な動作」を実際に起こしていることが高い確度でわかりました。

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「このテストにより、プラットフォームがこれらの独自の量子機能を技術的アプリケーションに活用できることが確認されました」とストルツ氏は述べています。量子ビットを 30 メートルにわたって接続することに成功したことは、量子コンピューティングと暗号化にとって特に有望であると彼は言います。「これは、例えば将来の量子スーパーコンピューターのようなセンターなど、超電導回路ベースの量子コンピューターをスケールアップする可能性のある道です。」

参考雑誌:

自然DOI: 10.1038/s41586-023-05885-0

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