日本資訊通訊研究機構（NICT）於9月1日宣佈，與慶應義塾大學、東京理科大學、東京大學合作，首次成功開發出了一種爲量子電腦系統性確定最優量子運算序列的方法。該方法作爲對於具有幾十個量子位元的中型量子電腦有效的工具，有望在不久的將來爲提高量子電腦的性能和減量環境負載做出貢獻。相關研究成果已於8月23日刊登在美國科學雜誌《Physical Review A》上。
圖1 量子電腦性能的改善（概念圖）
量子電腦的相干性隨着時間的推移而降低。如果相干性變得太低，量子電腦的資訊將失去意義。透過對量子電腦的運行進行最適化處理，可使得量子電腦在量子相干性低於可用性閾值之前處理更多的資訊。（供圖：國立研究開發法人資訊通訊研究機構（NICT）、慶應義塾大學、東京理科大學、東京大學大學院理學系研究科）
量子電腦存在一個重大問題，就是量子態對噪音極其敏感，很難長時間保持穩定（也即難以長時間保持相干量子態）。對此，爲了發揮出量子電腦的最大性能，必須在量子電腦能夠維持相干量子態的時間内進行運算。
然而，相當於運算命令檔案的量子運算序列，卻是由操作人員按照現有的方法（配方），以各自認爲是最適化的方式編寫出來的，所以需要一種能夠系統性確定最優量子序列的方法。
電腦存儲和處理資訊時，所有資訊都被轉換成爲0或1的位元字符串。將人類能夠理解的語言編寫的電腦程式轉換成量子電腦可進行資訊處理的資訊，就是量子運算序列。量子運算序列由1量子位元運算和2量子位元運算組成，能夠用最少的操作實施最大性能的序列就是最優序列。
此次開發的新方法使用了名爲GRAPE的演算法，對基本量子運算的所有可能的序列進行分析。具體來說，這種方法製作了一張包含每個量子運算序列和性能指數（保真度）的表，根據量子位元的數量和調查物件的運算元量，從數千乃至數百萬的範圍中，按照積累的資料系統性地確定出最優量子運算序列的方法。
而且，此次除了識別出最優量子運算序列之外，還使用了新開發的方法，獲得了其他幾個結果。其中一個結果是，在比較短的量子運算序列中，存在多樣方法使其在同等效率下執行量子任務。而對於「找到一個方法來執行目標任務」的以往方法來說，是不可能得到這一結果的。
獲得的另外一個結果是，對於以往方法而言過短，被判斷爲無法完成目標人物的短量子運算序列，也有高效執行完成的時候。從實際應用的觀點來看，考慮到器件等其他的噪音與缺陷，有時反而需要使用這種短量子運算序列。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Physical Review A
論文：Numerical analysis of quantum circuits for state preparation and unitary operator synthesis
DOI：10.1103/PhysRevA.106.022426
