1: 2016/08/23(火) 12:17:39.28 ID:CAP_USER
天然シリコンにおける高性能量子ビット実装 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160822_1/


要旨

理化学研究所(理研)創発物性科学研究センター量子機能システム研究グループの武田健太特別研究員、樽茶清悟グループディレクターらの共同研究チーム※は、産業的に広く用いられている通常のシリコンを用いた半導体ナノデバイスにおいて、量子計算に必要な高い精度を持つ「量子ビット[1]」を実現しました。

次世代のコンピュータとして期待されている量子コンピュータは、さまざまな計算を従来のコンピュータに比べて超高速に行うことができます。その基礎となるのが情報の最小単位であり、従来のコンピュータで用いられているビットのように0と1だけでなく、その中間の“重ね合わせ状態”をとることのできる量子ビットです。しかし、量子ビットの重ね合わせ状態は、母材中の核スピン[2]といった外部からの“雑音”に非常に弱いという問題があります。これまで、量子コンピュータを構成するのに十分な性能を持った量子ビットは、超電導回路や同位体制御[3]されたシリコンなど限られた“雑音の少ない材料”でしか実現できませんでした。

今回、共同研究グループは、通常(天然)のシリコン上に作製した半導体量子ドット[4]中に閉じ込めた電子スピン[5]を用いて、十分に高性能な量子ビットを実現しました。高速な量子ビット操作のために最適化された試料を用いることで、単一の量子ビット操作を従来の約100倍に高速化し、雑音の影響を受ける前に量子ビットの操作を終えることが可能になりました。また、量子ビット操作の「忠実度[6]」は99.6%に達しました。この値は、通常のシリコン中の電子を用いた量子ビット素子の中では最高値です。

今後、量子コンピュータを実現するには、量子ビットの数を大幅に増やす必要があります。本研究で実現した技術は、既存の半導体集積化技術を用いた量子ビット素子実装を可能とするため、大規模量子計算機の実現に向けた重要なステップといえます。

本研究は、革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)、科学技術振興機構(JST)の戦略的創造研究推進事業チーム型研究(CREST)、日本学術振興会科学研究費助成事業の研究の一環として行われました。

成果は、米国のオンライン科学雑誌『Science Advances』(8月12日付け)に掲載されました。

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引用元: 【量子情報科学】天然シリコンにおける高性能量子ビット実装 既存の半導体技術による量子コンピュータ集積化の実現へ [無断転載禁止]©2ch.net

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3: 2016/08/23(火) 12:22:30.43 ID:TZG5q/aG
すごいゲームが でてきそうだ

4: 2016/08/23(火) 12:26:09.38 ID:iHDgpQbz
量子コンピューターが実現すると

インターネットはそのものが不要になり
全世界のコンピューター同士が回線無しで直接的に
P2Pで同時に繋げることが可能になる

65: 2016/08/24(水) 20:42:50.85 ID:lmjgshnF
>>4
違うな
人間のニューロン同士がダイレクトにシンクロするようになる

11: 2016/08/23(火) 13:31:06.80 ID:65AVjJ1L
量子コンピュータは日本が一番だっけ
今度こそ馬鹿な役人や政治家の所為で失敗しないようにしないとな

12: 2016/08/23(火) 13:42:10.11 ID:WPHhfPxc
半導体分野の惨敗を量子コンピューターで一発大逆転して欲しいもんだか無理なんだろうな・・・

14: 2016/08/23(火) 13:49:00.50 ID:hGHz1PZo
0と1だけでなく、その中間の“重ね合わせ状態”を

Nスタで異様に登場する暗号化の技術を用いて、2種類の点字を重ねると
異なる絵が表示される技法?でしょ
ハードと言うよりソフト側の考え方次第なんじゃないの?

59: 2016/08/24(水) 08:29:27.28 ID:+yHutfhJ
>>14
値はあくまで0か1の離散であり中間の値はない。
0、1のどちらでもありどちらでもない状態を使う。
中間という表現は誤解のもとになる。

22: 2016/08/23(火) 15:32:13.40 ID:eEx4yK9U
量子の重ね合わせで高速な計算ができる
という概念を理解するのに苦労している。

一つの考え方もしくは派生的なパターンとして
「一つ言えば十分かる」賢いコンピュータというのも可能になる
ということかな?

23: 2016/08/23(火) 15:46:51.72 ID:9iS2zVU2
>>22
えーと、にわか知識の知ったかで答えると

確か、今現在はON・OFFの二つしか信号が無い訳なんだけど
原子の中の量子は、状態に拠っては、幾通りもの信号パターンを作る事が…うんたら
ダメだ「量子コンピューター」でググってくれろ

24: 2016/08/23(火) 16:32:14.53 ID:eThDf+yg
>>22
量子コンピュータはそういうのじゃないよ。
解くのに1000回計算しなきゃいけない問題を出すとすると、
普通のコンピュータはノートに1000回分の計算を全部書き出して一回一回計算するので
1000回分の時間がかかる。
量子コンピュータは頭の中で1000回分並列に計算して、ノートに最終的な一つの答えだけ書く。
かかる時間は計算1回分。

25: 2016/08/23(火) 16:49:04.78 ID:fYce98BD
>>24
ベクトル型計算機とどう違うのか説明してくれ

29: 2016/08/23(火) 18:25:56.18 ID:StK7IcS4
>>24
多ビットの量子ビットを並べたとして、並列計算の演算方法と、
最終的な1つの答えが出るプロセス(または回路なり制御なり)を知りたい。

26: 2016/08/23(火) 18:03:43.83 ID:91WeyedB
すげーな
天然のシリコンで出来るんだ
いまの半導体は不純物を除いて再結晶させた高純度人工シリコンで作るからすぐに淘汰されそう

31: 2016/08/23(火) 18:44:54.43 ID:8yR4C8ks
簡単に言えば箱を積み重ねて山を作ると現実だと一瞬で安定した山になるけど、計算しようとするとなかなか答えが出ないってことにたとえることが出来る
箱だと状態がたくさんあるけど状態が1つしか存在しない量子をたくさん関係づけて全体が取るべき状態を指定すると一瞬で1つ1つの量子の0/1が決まるって話
たとえば巡回セールスマンなんかの条件を量子に翻訳できれば一瞬で答えがだせる

38: 2016/08/23(火) 19:49:17.24 ID:b0c+uAXG
>>31
充填問題とか解けちゃうのかなぁ。

つか、状態の重ね合わせを許容してもらえるなら、
囲碁AIのモンテカルロとか、一瞬で答えが出ちゃうって
事が無いだろうか。

34: 2016/08/23(火) 19:11:55.89 ID:hWYCtP4k
半導体銘柄を監視しとくかな

48: 2016/08/23(火) 22:03:30.45 ID:1Rm9ii9l
>>34
今はポリシリコン関連だよ

39: 2016/08/23(火) 20:08:11.03 ID:S0L8Mrta
どうにも量子コンピュータの演算イメージがぴんと来ないなあ。
ぶっちゃけ、1+1を4並列で計算するとして、どういうビット変化になるのよ?
それとも、この考えからして間違ってる?

45: 2016/08/23(火) 21:20:44.48 ID:fQAcuYL3
>>39
並列というより、
・入力レジスタにデータを重ね合わせた状態でセットする
・演算回路を通す
・出力レジスタに結果が重ね合わさった状態で出てくる
とうぜん、このままだと読む度に出力レジスタの値は変わるので使いものにならない
なので、用途に応じて特別なアルゴリズムを使う

因数分解なら読みだしたデータが変わるけど、それを普通のコンピュータでフーリエ変換してつかう
など、現状は特定のアルゴリズムのみに使えて汎用では使い勝手がわるい

46: 2016/08/23(火) 21:32:30.62 ID:S0L8Mrta
>>45
むう、せっかく書いてもらってなんだが、よくわからん・・・orz

>・入力レジスタにデータを重ね合わせた状態でセットする

結局のところ、1+1という演算のデータ部(この場合「1」と「1」)の
「重ね合わせた状態」ってどういう事?

50: 2016/08/23(火) 22:36:57.09 ID:fYce98BD
>>46
1+1という計算は量子計算機ではやらないんだよ。

例えば素因数分解を求めるためにxに対する2~(x-1)の剰余がゼロになる値nを求める量子的アルゴリズムにxの値を通すと全てのn値が重なった状態で得られるわけ。

このn値を配列として考えると要素を一つずつとりだせば解が得られるんだけど、どの要素が取り出せるか分からないので、何度も取り出してその度に再計算しなきゃならん。

52: 2016/08/23(火) 23:26:39.31 ID:S0L8Mrta
>>50+1という計算は量子計算機ではやらないんだよ。
それは「出来ない」と言う事?
効率はともかく、計算の基礎だから可能と思っていたけど、特定演算のみ可能という事なのかな?

しかし加算が出来ない計算機って存在するのか・・。

54: 2016/08/24(水) 00:22:03.24 ID:h0sJAat7
>>52
加算器じゃなくてベクトル行列変換器だから。
変換器と加算器を組み合わせて(1)+(1)の計算は出来るけど、数学的な話にしかならないよ?

そして量子計算機は行列から観測しないと値を取り出せないので、従来の計算機より遅くなるのだけは確か。

55: 2016/08/24(水) 00:40:54.04 ID:h0sJAat7
>>54
ああいや、量子加算をどう実現するのかと言うことになるのか。
論理式は検索すれば出てくるけど、物理的にどう実装するのかはさすがにわかんない。

41: 2016/08/23(火) 20:15:41.98 ID:V//GeNP5
俺のイメージだと
水の流路の最短経路を計算するとき
従来:流路の分岐の全ての組み合わせを計算→結果をそれぞれ比べて決定
量子:頂上から水をいっせいに流す→最初に水がゴールに達した瞬間に水が繋がってる経路が答え

43: 2016/08/23(火) 20:24:01.54 ID:oUSB3G9d
人間は天然かシリコンかで大違いなのにな

44: 2016/08/23(火) 21:15:11.46 ID:eFm9I2i2
ムーアの法則維持できる技術?

47: 2016/08/23(火) 21:58:53.12 ID:1Rm9ii9l
>高速な量子ビット操作のために最適化された試料を用いることで、単一の量子ビット操作を従来の約100倍に高速化し、雑音の影響を受ける前に量子ビットの操作を終えることが可能になりました。

意味がわからんw
量子ビットをシミュレーションでもしてるのか?

49: 2016/08/23(火) 22:36:34.82 ID:8yR4C8ks
演算に関してはandやxor回路類で回路を組んでゲートが動く速度で答えがだせるのとおなじように
量子同士の関係性をプログラムして回路を組むんじゃないかな?
ただかけ算みたいに普通の電気回路ではクロックを用いて答えを出す演算は量子回路でどう実装するのかしらん

58: 2016/08/24(水) 04:39:40.26 ID:QE4t+dFr
量子コンピュータ専用言語とかまた増えるのか…

いい加減にしてくれよ