アメリカ国立科学財団（NSF）がUS$37.50 millionを拠出し、イェール大学の実用的な量子コンピュータ開発を支援

アメリカ国立科学財団（NSF）は、イェール大学が主導し、複数の学問分野にまたがる研究チームに、ゼロから設計された実用的かつ自己訂正機能を備えた量子コンピュータの開発のために、US$37.50（約HK$292 million）の研究資金を提供しました。研究者は、量子コンピュータが信頼性を持って動作し、実用化されるためには、エラーを検出・訂正する速度がエラー発生率を上回る必要があると指摘しており、これは現在の量子コンピューティング分野で最も緊急の技術的課題となっています。

新設されたセンターの所長を務める応用物理学教授のRobert Schoelkopf氏は次のように述べています。「現段階では、誤り訂正が量子コンピューティングが本当に機能するかどうかの鍵となる科学的かつ工学的な課題です。このプロジェクトを通じて、量子コンピュータをより製造しやすく、より信頼性高く動作させるための科学的および工学的な原理を根本的に理解し、技術スタックのあらゆる側面から新しいアイデアを提案することで、誤り訂正および耐障害性マシンの実現をより実現可能で効率的かつ実用的になるようにしたいと考えています。」

量子コンピューティングの主な課題

この5年間にわたる総額US$37.50（約HK$292 million）の研究計画は、イェール大学および複数の提携大学の物理学者、エンジニア、コンピュータ科学者、化学者が集まり、量子コンピューティングの最大の障壁である誤り訂正を克服し、現実の応用ニーズに対応する信頼性の高いマシンを構築するための道を開くことを目的としています。チームは、「NSF Quantum Leap Challenge Institute for Physics and Engineering of Practical Quantum Error Correction」（略称NSF

PRACTIQAL）という新しい計画を立ち上げ、学際的な協力センターとして関連研究を推進します。

NSF PRACTIQALの目標は、量子コンピュータのあらゆる側面での進歩を達成することであり、物理量子ビット（qubit）、制御電子回路、アルゴリズムの実行方法など、すべての段階をカバーしています。Schoelkopf氏はさらに次のように説明します。「物理学者だけでなく、エンジニアやコンピュータ科学者も参加させることで、装置の背後にある物理的原理とそれによって生じるエラー・パターンを深く理解し、それに応じて誤り訂正符号やアルゴリズムを最適化して、ハードウェアの特性と整合させることを目指しています。」

消去量子ビットの可能性を探る

NSF PRACTIQALは、量子コンピューティング分野の2つの主要な課題に取り組みます。その1つは、エラー訂正機能を備えたマシンの規模化を妨げている主要な問題を特定し、量子誤り訂正をより実用的かつ効率的にする方法を探究することです。その2つは、「消去量子ビット」（erasure qubits）と呼ばれる特殊な設計の量子ビットの応用可能性を調査することです。プレスリリースによると、この種の量子ビットはPRACTIQALチームのメンバーが最初に提案したもので、エラーが発生した場所と時間を正確に示すラベルとして機能し、訂正プロセスをより的を絞ったものにします。

研究チームはまた、現在、量子誤り訂正分野の大半の仕事は、エラー訂正のために最適化された小規模なマシンで行われていると指摘しています。PRACTIQALチームの目標は、小規模な実験装置から大規模でエラー訂正機能を備えた量子コンピュータへの距離を縮めることです。PRACTIQALの共同ディレクターを務める応用物理学准教授のMichael Hatridge氏は次のように述べています。「学術機関として、私たちは巨大なシステムを直接構築することはありませんが、さまざまなアイデアを検証し、より大規模なシステムへの実行可能な道筋を構築します。」

これが私たちが業界のパートナーシップを導入した理由で、外部諮問委員会も設置し、チームが孤立した実験だけを行うことを避け、より広範なコミュニティと常に連絡を取り合うようにしています。」

研究チームは、この野心的な5年計画の終了時には、産業レベルの実用的なエラー訂正機能を備えた量子コンピュータへの明確な道筋を描けると期待しています。Hatridge氏は次のように総括しています。「私たちはこれに大きな期待を寄せています。PRACTIQALは規模が大きく、複雑で、多くの相互に関連する要素がありますが、この仕事に取り組むことを非常に楽しみにしています。」

項目	内容
主導機関	イェール大学
資金提供機関	アメリカ国立科学財団（NSF）
プロジェクト名	NSF Quantum Leap Challenge Institute for Physics and Engineering of Practical Quantum Error Correction（NSF PRACTIQAL）
資金提供額	US$37.50（約HK$292 million）
プロジェクト期間	5年
ディレクター	Robert Schoelkopf（イェール大学応用物理学Sterling Professor）
共同ディレクター	Michael Hatridge（イェール大学応用物理学准教授）
参加分野	物理学、工学、コンピュータ科学、化学
主要研究領域	物理量子ビット、制御電子回路、誤り訂正符号、アルゴリズム
2つの主要な課題	エラー訂正マシンの大規模化；「消去量子ビット」の応用可能性の探求

量子コンピュータ発展の新機運

量子コンピューティング技術の急速な発展に伴い、エラー訂正は実用的な量子コンピュータを実現する上での重要な課題となっています。イェール大学のPRACTIQAL計画は、学際的な協力により、このボトルネックを解決し、新しいタイプの量子ビットの応用可能性を探求しています。この取り組みは、量子コンピューティングの理論研究を推進するだけでなく、関連技術の商業化を促進し、将来の技術発展に深遠な影響を与える可能性があります。