Amazonがシュレーディンガーの猫から着想を得た「猫量子ビット」で量子コンピューターを改良することに成功

AWSのハラルド・プッターマン氏らの研究チームは、2025年2月26日に科学誌・Natureに掲載された論文の研究で、単純に量子ビットを増やすのではなく「猫量子ビット」を使うアプローチに取り組みました。

一般的な量子ビットが、スピンの方向などの何らかの2つの状態で重ね合わせをしているのに対し、猫量子ビットはシュレーディンガーの猫の生と死のように、正反対に近い状態で重ね合わせをしている量子ビットです。専門家の説明によると、「従来の量子ビットは2状態システムで、0と1という2の異なるエネルギー状態で存在できます。今回使用された猫量子ビットはボソン量子ビットで、エネルギー状態は調和振動子の状態です。これは2つの状態だけでなく、無限に長いはしごのような無限の状態を持ちます」とのこと。

重要なのは、猫量子ビットには「『ビット反転』というタイプのエラーには非常に強い反面、『位相反転』というタイプのエラーには弱い」という性質があるということです。このエラーの偏りがあるおかげで、猫量子ビットを使うと対処すべきエラーを位相反転エラーのみに絞れるため、追加の量子ビットの数を減らして量子コンピューターのエラー訂正を効率化させることができます。

従来のエラー訂正技術では、追加の量子ビットを数十個、できれば数千個用意しなければならないと言われていますが、研究チームはボソン猫量子ビットを用いた今回の実験により、わずか5つの猫量子ビットを使用したエラー訂正コードにより、エラーの発生率を1サイクル当たり1.75％から1.65％に抑制させることに成功しました。

猫量子ビットを使った量子コンピューターを実用化させるにはさらなる最適化が必要ですが、この技術は効率的にスケールアップすることができる可能性があると、研究チームは述べています。

この研究には直接関与していないウィーンの量子光学・量子情報研究所のハンネス・ベルニエン氏は、IT系ニュースサイトのHeise onlineに対し、「量子ビットを生成して組み合わせるのは簡単ではないことを考えると、これは価値のあるアプローチです」と述べて、エラー訂正に使う量子ビットを少なくできるという猫量子ビットを使う手法は有望だとの見方を示しました。