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1: 2019/02/21(木) 14:55:25.37 ID:CAP_USER
超強力なスーパーコンピューターの処理能力をはるかに凌ぎ、産業界全体に変革をもたらす可能性があるとして、量子コンピューターの研究・開発に多額の資金が投入されている。日々報じられる関連ニュースを読み解くために押さえておきたい基礎知識を説明する。

子コンピューターは、ほとんど神秘的といえる量子力学の現象を利用して、処理能力を飛躍的に向上させる。現在、そして将来のもっとも高性能なスーパー・コンピューターの処理能力さえもはるかに凌ぐことが期待されている。

量子コンピューターは従来のコンピューター(古典的コンピューター)を完全に置き換えるものではない。古典的コンピューターは今後も、ほとんどの問題に対処するためのもっとも簡単で経済的な解決策として使われ続けるだろう。だが、量子コンピューターは、材料科学から医薬品研究に至るまで、さまざまな分野に胸躍る進歩をもたらすことが期待されている。すでに、量子コンピューターを用いて、電気自動車用のより軽く強力な電池を開発しようとしたり、新薬開発に役立てたりしようとしている企業もある。

量子コンピューターが持つ力の秘密は、量子ビット(キュービット)を生成し、操作する能力にある。

■「キュービット」とは何か?

現在のコンピューターは、1か0を表す一連の電気パルスまたは光パルスであるビットを用いて演算をする。ツイッターのツイートからメール、iTunesの楽曲、YouTubeの動画に至るまで、さまざまなものが本質的にはこの2進数の長い文字列でできている。

一方、量子コンピューターは演算の単位として通常、電子や光子といった素粒子である「キュービット」を用いる。キュービットを生成し、操作することは科学的・工学的に困難な課題となっている。IBM、グーグル、リゲッティ・コンピューティング(Rigetti Computing)といったいくつかの企業は、深宇宙よりも低温に冷却された超伝導回路を用いている。イオンQ(IonQ)などの他の企業は、超高真空チャンバー内のシリコンチップ上の電磁場に個々の原子を閉じ込める手法を用いている。どちらの場合も、制御された量子状態にあるキュービットを、外部環境から隔絶することを目指している。

キュービットは、いくつかの奇妙な量子的性質を持つ。その結果、相互につながった一連のキュービットは、同数のバイナリー・ビットよりはるかに強力な処理能力を持つことになる。キュービットの不可思議な量子的性質には、「重ね合わせ」として知られる性質や「量子もつれ」と呼ばれる性質がある。

■「重ね合わせ」とは何か?

キュービットは、1と0の数多くの取り得る組み合わせを同時に表せる。このような、同時に複数の状態で存在できる能力を「重ね合わせ」と呼ぶ。研究者は、精密レーザーやマイクロ波ビームを用いてキュービットを操作し、キュービットを重ね合わせ状態にする。

直感に反するこの現象により、重ね合わせ状態にあるいくつかのキュービットを備えた量子コンピューターは、膨大な数の起こり得る結果を同時に並列して処理できる。最終的な計算結果は、キュービットを測定して初めて得られる。測定するとキュービットの量子状態は直ちに1または0に「崩壊」する。

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■「量子もつれ」とは何か? 

研究者は、「もつれ合った」キュービットの対を生成できる。対を成す2つのキュービットが同一の量子状態で存在することを「量子もつれ」という。もつれ合ったキュービットの一方の量子状態を変化させると、もう一方の量子状態も予測可能な形で即座に変化する。キュービット同士が距離的に非常に離れていたとしても同じ現象が起こる。

量子もつれが起こる理由や仕組みについてはよく分かっていない。この現象はアインシュタインすらも困惑させた。アインシュタインが量子もつれのことを「不気味な遠隔作用」と表現したのは有名だ。だが、量子もつれこそ、量子コンピューターの能力の鍵となる現象だ。従来のコンピューターでは、ビット数が倍になれば、処理能力も倍になる。一方、量子もつれのおかげで、量子コンピューターにキュービットを追加すると、演算処理能力は指数関数的に増加する。

量子コンピューターは、量子の数珠つなぎのような、もつれ合ったキュービットを利用することで魔法のような能力を発揮する。特別に設計された量子アルゴリズムを用いて計算速度を向上できる量子コンピューターの能力こそ、量子コンピューターの可能性が大きな注目を集めている理由となっている。

以上が、量子コンピューターのプラス面だ。マイナス面は、「デコヒーレンス」により量子コンピューターが従来のコンピューターよりはるかにエラーを起こしやすいことだ。

■「デコヒーレンス」とは何か?

キュービットが外部環境と相互作用してキュービットの量子的な状態が衰退し、最終的に失われることを「デコヒーレンス」と呼ぶ。

続きはソースで

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引用元: 【IT】〈解説〉量子コンピューターとは何か?ニュースを読む前に押さえたい基礎知識[02/21]

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1: 2018/12/20(木) 09:49:54.69 ID:CAP_USER
実用化されれば破壊的なインパクトを持つことで注目を集めている量子コンピュータ。この1年で、量子コンピュータの技術が急速に進展した。もし現在の技術トレンドが順調に続くならば実用的な量子コンピュータは2035年頃に登場すると期待できるが、乗り越えなければいけない技術課題も山積している。量子コンピュータ研究の最前線に立つ産業技術総合研究所(産総研)の川畑史郎氏に、現場研究者の視点で、研究開発の現状、課題、展望を解説してもらった。(JBpress)

■量子コンピュータは「夢のコンピュータ」なのか

「量子コンピュータ」とは、量子力学の原理を情報処理に積極的に利用したコンピュータである。

従来のコンピュータ(以下「古典コンピュータ」と呼ぶ)における情報の最小単位は0と1、すなわち「ビット」である。一方、量子コンピュータでは、0と1の重ね合わせ状態である「量子ビット」が情報処理の基本単位だ。もし、300量子ビットの量子コンピュータが存在すれば、2^300(2の300乗)の重ね合わせが実現できる。この数字は、宇宙を構成する全原子数2^261個よりも大きいという、天文学的に膨大な数である。量子コンピュータにおいては、この重ね合わせ状態に対して並列に情報処理を行う。その後、干渉効果を利用して答えが得られる確率を巧みに増幅して、答えを読み出す。

したがって、量子ビット数が1つ増えると並列度は2倍、量子ビットがn個増えると並列度は2^n倍、というように、指数関数的に増大する。一方古典コンピュータは「32ビットから64ビット」のようにビット数が2倍になると表現できる情報量が2倍になるだけで並列度は増大しない。このように、ビット(量子ビット)数と性能の関係が、量子コンピュータと古典コンピュータでは大きく異なる点に注意してほしい。

それでは、量子コンピュータは古典コンピュータの性能を圧倒的に上回る「夢のコンピュータ」なのだろうか?

実は、そう言い切ってしまうのはあまり正確ではない。古典コンピュータに対して量子コンピュータが指数関数的に高速になることが証明されている数学的問題はわずか60個程度である。だが、「それだけか」とがっかりする必要はない。その60個の中に、産業応用上極めて重要な問題が含まれている。それが、量子化学シミュレーションと量子機械学習である。つまり創薬(新薬の開発)、新材料設計、人工知能などの分野では、商用化された量子コンピュータによって圧倒的な処理性能が得られ、破壊的なインパクトがもたらされると期待されている。

続きはソースで
ダウンロード (1)


引用元: 【量子コンピュータ】1年で集積度が驚異的に向上、量子コンピュータ実用化は2035年か

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1: 2018/08/25(土) 23:25:10.56 ID:CAP_USER
横浜国立大学の小坂英男教授らの研究グループは、ダイヤモンド中の窒素空孔中心にある電子や核子のスピンを量子ビットとして用い、室温の完全無磁場下で、操作エラーや環境ノイズに耐性を持ち自在に多量子操作ができる万能な量子ゲート操作に世界で初めて成功した。室温万能量子コンピューターの実現が期待される。

 量子コンピューターや量子暗号通信の実現には量子ビット(量子情報処理の基本単位)の脆弱性の克服が課題だったが、ダイヤモンド中の窒素空孔中心(NV中心:炭素原子を置換した窒素原子と、炭素原子が1つ欠損した空孔とが隣接した構造)に存在するスピン量子ビットは、操作の正確性や情報保持時間の観点で有望視されていた。

続きはソースで

論文情報:【Nature Communications】“Universal holonomic quantum gates over geometric spin qubits with polarised microwaves
https://www.nature.com/articles/s41467-018-05664-w

大学ジャーナル
http://univ-journal.jp/22239/
ダウンロード (3)


引用元: ダイヤモンド中でエラー耐性のある量子演算処理に成功 横浜国立大学[08/23]

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1: 2018/07/23(月) 23:46:51.50 ID:CAP_USER
東芝は過去最大となる1チップあたり1.33テラビット(166GB)を達成したフラッシュメモリのプロトタイプサンプル品の製造を開始しました。
この96層積層プロセスのNAND型フラッシュメモリは、1チップあたり「たった」32GBしか達成していない現行の3ビットセルと比べ、1セルあたり4ビットの記録が可能です。

標準的な16チップを搭載したフラッシュストレージなら、2.66TBという驚くべき容量が実現可能で、より速く高密度なSSDやメモリーカードの製造が可能になります。

ウェスタンデジタルによれば、年内にもサンディスク製品としてこのチップを採用した一般向け製品を出荷するとのこと。

続きはソースで

https://s.aolcdn.com/hss/storage/midas/8418c821c6f616332b541408784ea34/206545600/20180723nsam.jpeg

https://japanese.engadget.com/2018/07/23/ssd-5/
ダウンロード


引用元: 【IT】東芝、SSD容量を5倍にできるフラッシュメモリを開発[07/23]

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1: 2018/05/30(水) 11:41:28.53 ID:CAP_USER
藤井啓祐 理学研究科特定准教授、富田章久 北海道大学教授、福井浩介 同博士課程学生らの研究グループは、光を用いた量子コンピュータを、現在の技術レベルで実現させる方法を開発しました。

 本研究成果は,2018年5月25日に、米国科学誌 「Physical Review X」に掲載されました。

■本研究成果のポイント
・光を用いた量子コンピュータの実現には, 量子ビットの誤り率を非常に小さくする必要があった。
・量子ビットの誤り耐性を最大限引き出す方法とノイズに強い量子ビットの配列法により, 現在の技術レベルでも量子コンピュータを実現できる方法を開発。
・光を用いた量子コンピュータの現実的な構成法を世界で初めて明らかにした先駆的な研究であり, この分野の発展をさらに加速させることが期待される。

■概要
 量子コンピュータは,量子力学の重ね合わせの原理を利用することで,素因数分解,分子の性質・化学反応のシミュレーションなどを現在のコンピュータより遙かに高速に処理できることが期待されており,世界各国で盛んに研究・開発されています。
本研究グループでは、大規模な量子計算の実現に有利であるとされる光に注目してきましたが、光を用いた量子計算の実現には,370兆回の演算当り1回以下の誤りしか許されず,現在の技術レベルでは達成が非常に困難でした。

 しかし、今回、本研究グループは,誤りの発生を極限まで抑えながら量子ビットを配列する方法を新たに提案しました。

続きはソースで

http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/images/180525_3/01.jpg

京都大学
http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/180525_3.html
ダウンロード (1)


引用元: 【量子ビット】光による量子コンピュータの実現に大きく迫る手法を開発 -従来の100億倍の誤り耐性-[05/29]

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1: 2018/05/19(土) 22:53:24.35 ID:CAP_USER
森前智行 基礎物理学研究所講師、藤井啓祐 理学研究科特定准教授、小林弘忠 国立情報学研究所特任研究員、西村治道 名古屋大学准教授、玉手修平 東京大学特任助教、谷誠一郎 日本電信電話株式会社上席特別研究員らの研究グループは、実質的に1量子ビットしか使えないような「弱い」量子コンピューターでも、ある場面では古典コンピューターより「強い」ことを、理論的に証明しました。

 本研究成果は、日本時間2018年5月18日に米国物理学会の学術誌「Physical Review Letters」にオンライン掲載されました。

■本研究成果のポイント
・実質的に1量子ビットしか使えない「弱い」量子コンピューターが、古典コンピューターよりも「強い」のかどうか不明であった。
・そのような弱い量子コンピューターが、ある場面では古典コンピューターより高速であることを計算量理論的基盤に基づいて証明した。
・現在、世界中で進んでいる量子スプレマシー研究の理論的基盤を整備する結果であり、当該分野の研究をさらに加速することが期待できる。

続きはソースで

関連ソース画像
http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/images/180518_1/01.jpg

京都大学
http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/180518_1.html
ダウンロード (11)


引用元: 【量子コンピュータ】1量子ビットしか使えない量子コンピューターでも古典コンピューターより強かった 京都大学[05/18]

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