量子コンピューター （超電導方式） 宇宙線によるバーストエラー？！

NTTと九州大学、東京大学による研究チームが量子コンピューターの新たなアーキテクチャーを開発した。宇宙線によって量子ビットに生じる「バーストエラー」の影響を大幅に減らせる。宇宙線に起因するバーストエラーは、米Google（グーグル）も量子誤り訂正における課題としている。NTTなどが今回提案したアイデアを詳しく見ていこう。
NTTなどによる研究チームは2022年10月1日（米国時間）、米国電気電子学会（IEEE）主催の国際会議「The 55th IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture（MICRO-55）」で、新手法について発表した。

量子コンピューターを構成する素子である量子ビットは、ノイズや熱など外部環境の影響によるエラーが起きやすい。そのため量子コンピューターで正確な計算をするには、随時エラーを検出・推定し、精密にエラーを訂正する量子誤り訂正の仕組みが不可欠だ。
量子ビットの誤り訂正には「量子誤り訂正符号」という手法を使う。この手法では複数の物理量子ビットを組み合わせて1つの論理量子ビットをつくる。論理量子ビットの状態を複数の物理量子ビットによって冗長に表現することで、物理量子ビットにエラーが発生しても、論理量子ビットの状態をエラーが起きる前の状態に復元できるようにする。数百個の物理量子ビットがあれば、1個の論理量子ビットが実現できると想定されてきた。

宇宙線が原因の「バーストエラー」
しかし実際に超電導方式の量子コンピューターの実機が登場して運用が始まったところ、量子ビットには想定よりもより深刻なエラーが発生することが分かった。それが宇宙線に起因する「バーストエラー」だ。グーグルや米ハーバード大学などの研究チームが明らかにした。
具体的には、宇宙線が量子コンピューターの回路基板などに衝突したときに発生したエネルギーが半導体の結晶を刺激する結果、量子ビットを構成する超電導回路における超電導状態が破壊され、エラーが発生してしまう。宇宙線に起因するエラーは量子コンピューターにおいて、空間的、時間的に広範囲に発生する恐れがあるため「バーストエラー」と呼ばれる。



NTTコンピュータ＆データサイエンス研究所の鈴木泰成研究員は「宇宙線によるバーストエラーの影響が思いのほか大きいため、量子誤り訂正が思ったより効かないことが分かった」と説明する。従来の量子誤り訂正技術でバーストエラーに対応しようとすると、想定されていたよりも多くの物理量子ビットが必要となる。そのため量子誤り訂正の実現においては、宇宙線に起因するバーストエラーへの対応が大きな課題になっていた。
今回NTTなどの研究チームは、バーストエラーが量子誤り訂正に与える影響を世界で初めて定量的に評価した。超電導方式の量子コンピューターにおいてバーストエラーの対策を講じなければ、1個の論理量子ビットの誤りを訂正するのに数千個以上の物理量子ビットが必要になると分かった。

参考：バーストエラーとは、ある場所から別の場所へデータを写す際に発生する符号の誤りの種類の一つで、短い区間に集中的に発生するもの。これに対し、データを転送している間、特に偏りなくある確率で均等に発生するような誤りのことは「ランダムエラー」（random error：ランダム誤り）と言います。

＠マクロとミクロと言う宇宙観と、ニュートリノの世界です。疑似的量子もつれに、まさかニュートリノが口を挟むとは・・・・真正の量子もつれには干渉しないと思います。先般、さむらい塾でやったばかりです。