量子コンピューターは、少なくとも理論上は、通常のコンピューターにとっては複雑すぎる問題を解決できます。そのため、世界中の研究チームが何十年にもわたってそれらを構築しようと努力してきました。しかし、この並外れた能力は厄介な問題を提起します:量子コンピューターの結果を確認する方法がない場合、その結果が真実であるかどうかをどうやって知るのでしょうか?科学者が現在明らかにしている答えは、人間が結果を検証できる単純な量子コンピューターが、他の劇的に強力な量子マシンの結果をチェックできるということです。
量子コンピューターは、原子やその他の粒子が一度に 2 つ以上の場所に存在するように見える、またはパートナーと「もつれ」、距離に関係なく瞬時に互いに影響を与えることができる量子力学の奇妙な動作に依存しています。古典的なコンピュータはデータをビット (スイッチのようなトランジスタをオンまたはオフにすることで表す一連の 1 と 0) として表しますが、量子コンピュータは基本的に同時にオンまたはオフにすることができる量子ビット (キュービット) を使用します。 /off の組み合わせ (32% オンと 68% オフなど)。
各キュービットは非常に多くの異なる状態を具現化できるため、量子コンピューターは、可能性のすべての組み合わせを一度に実行することで、通常のコンピューターよりも劇的に高速に特定のクラスの問題を計算できます。たとえば、300 キュービットの量子コンピューターは、宇宙に存在する原子よりも多くの計算を瞬時に実行できます。
ウィーン大学の量子物理学者 Philip Walther は、現在、すべての量子コンピューターは数量子ビットしか含まないため、「古典的なコンピューターや紙の上で簡単に検証できる」と述べています。しかし、その能力は「それほど遠くない将来に」従来のコンピューターを凌駕する可能性があると彼は警告し、検証の問題を引き起こします.
科学者たちは、この難問から抜け出すいくつかの方法を提案してきました。それには、多数のキュービットを備えたコンピューターまたは 2 つの量子コンピューターが絡み合っていることが関係します。しかし、これらはまだ現在の技術の範囲外にあります.
現在、ウィーン大学の量子物理学者 Stefanie Barz は、Walther とその同僚とともに、検証のための新しい戦略を持っています。これは、ブラインド量子コンピューティングとして知られる手法に依存しています。このアイデアは、2012 年の Science で初めて実証されました。 紙。量子コンピューターはキュービットを受け取り、それを使ってタスクを完了しますが、入力と出力が何であったか、さらにはどのような計算を実行したかについてはわかりません。
マシンの精度をテストするために、研究者は計算タスクに「トラップ」(ユーザーが結果を事前に知っている短い中間計算) を追加しました。 「量子コンピューターが適切に機能しない場合、トラップは予想とは異なる結果をもたらします」と Walther は説明します。これらのトラップにより、ユーザーは量子コンピューターが不正確であることを認識することができます。研究者は今日 Nature Physics でオンラインで報告しています。 .この結果は、ある量子コンピューターが別の量子コンピューターの結果を検証できること、そして理論的にはどのようなサイズの量子コンピューターでも他の結果を検証できることを実験的に示しています、と Walther は言います。
検出できないエラーの存在は、特定の量子コンピューターとそれが実行する計算に依存します。それでも、ユーザーがタスクに組み込むトラップが多いほど、テストする量子コンピューターが正確に計算していることを確認できます。 「このテストは、量子コンピューターがトラップを通常のタスクと区別できないように設計されています」と Walther 氏は言います。
研究者は検証器として 4 キュービットの量子コンピューターを使用しましたが、サイズは問わず、キュービットが多ければ多いほど良いと Walther は述べています。この技術はスケーラブルであるため、数百の量子ビットを持つコンピューターでも使用でき、多くの既存の量子コンピューティング プラットフォームのいずれにも適用できると彼は言います。
マサチューセッツ工科大学（ケンブリッジ）の理論計算機科学者であるスコット・アーロンソンは、「現在のほとんどすべての量子コンピューティング実験と同様に、これは現在のところ、まだ直接的に役立つものではなく、楽しいデモンストレーションの概念実証のステータスを持っています.しかし、それはこれらのデモンストレーションの重要性を損なうものではないと彼は付け加えます. 「実用的な量子コンピューターを手に入れるために必要な最初のステップであるため、それらが完了したことを非常に嬉しく思います。」
