量子コンピューターは大きいです

<h1>量子コンピューターは大きいです</h1>
<blockquote>Andreas Baumhof、Quantum Technologiesの副社長</blockquote>
<h2>アルゴリズムの進捗状況は、小さくて騒々しい量子コンピューターを実行可能にします</h2>
日付：2021年8月13日出典：DOE/LOS ALAMOS National Laboratory Summary：完全に成熟した量子コンピューターが出現するのを待つ代わりに、研究者は今日の最もパフォーマンスを抽出するためのハイブリッドクラシック/量子アルゴリズムを開発しました。うるさい、エラーが発生しやすいハードウェア. 共有：
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完全なストーリー
の新しい記事で報告されているように 自然は物理学をレビューします, 完全に成熟した量子コンピューターが出現するのを待つ代わりに、Los Alamos National Laboratoryおよびその他の主要機関は、今日の騒々しい、エラーが発生したハードウェアから最もパフォーマンス、および潜在的に量子的な利点を抽出するためのハイブリッドクラシック/量子アルゴリズムを開発しました. 変分量子アルゴリズムとして知られているように、彼らは量子ボックスを使用して量子システムを操作しながら、作業負荷の多くをクラシックコンピューターにシフトして、現在最善を尽くすことを許可します：最適化の問題を解決する.
「Quantum Computersには、特定のタスクのクラシックコンピューターよりも優れているという約束がありますが、現在利用可能な量子ハードウェアでは、長いアルゴリズムを実行できません。. 量子コンピューティング、量子機械学習、ロスアラモスの量子情報を専門とする物理学者であり、論文の主執筆者であるマルコセレゾは、次のように述べています。. 「バリエーション量子アルゴリズムを使用すると、両方の世界で最高のものを得ることができます. クラシックコンピューターが簡単にできないタスクの量子コンピューターの力を活用してから、クラシックコンピューターを使用して量子デバイスの計算能力を補完することができます.「
現在の騒々しい中間スケール量子コンピューターは50〜100キュビットを持ち、「量子性」を迅速に失い、エラー修正がありません。. しかし、1990年代後半以来、理論家は理想化された大規模なエラー修正、フォールトトレラントな量子コンピューターで実行するように設計されたアルゴリズムを開発してきました.
「これらのアルゴリズムは、ナンセンスな結果をもたらすか、あまりにも多くのキッツを必要としているため、まだ実装できません。. ロスアラモスの理論物理学者開発アルゴリズムを開発するパトリックコールズと論文の上級主著者であるパトリックコールズは、次のように述べています。.
「関心のあるすべての問題を最適化の問題に変えることができることがわかりました。潜在的に量子的な利点を持っています。つまり、量子コンピューターはタスクで古典的なコンピューターを打ち負かすことを意味します」とコールズは言いました。. これらの問題には、材料科学と量子化学のシミュレーション、ファクタリング数、ビッグデータ分析、および量子コンピューター向けに提案されているほぼすべてのアプリケーションが含まれます.
最適化プロセスは、一種の機械学習として、最適化プロセスがその場でアルゴリズムを変化させるため、変分化と呼ばれます。. パラメーターとロジックゲートを変更してコスト関数を最小限に抑えることです。これは、アルゴリズムがタスクをどれだけうまく実行したかを測定する数学的式です。. コスト関数が可能な限り低い値に達すると、問題は解決されます.
変異量子アルゴリズムの反復関数では、量子コンピューターはコスト関数を推定し、その結果をクラシックコンピューターに戻します. 次に、クラシックコンピューターは入力パラメーターを調整し、それらをQuantumコンピューターに送信します。これにより、最適化が再度実行されます。.
レビュー記事は、この初期の分野から始まる研究のための包括的な紹介と教育的リファレンスとなることを意図しています. その中で、著者は、アルゴリズムのすべてのアプリケーションとそれらがどのように機能するか、および課題、落とし穴、およびそれらに対処する方法をカバーする方法について議論します. 最後に、今後数年間で利用可能になるコンピューターで量子優位性を達成するための最良の機会を考慮して、それは未来を検討します.
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<li>関連トピック<ul>
<li>物質とエネルギー<ul>
<li>量子物理学</li>
<li>量子コンピューティング</li>
<li>物理</li>
<li>スピントロニクス</li>
</ul><ul>
<li>量子コンピューター</li>
<li>コンピューターとインターネット</li>
<li>Spintronics Research</li>
<li>コンピュータープログラミング</li>
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<li>関連用語<ul>
<li>量子コンピューター</li>
<li>量子エンタングルメント</li>
<li>量子数</li>
<li>量子トンネル</li>
<li>量子力学</li>
<li>量子ドット</li>
<li>リナス・ポーリング</li>
<li>Bose-Einstein Consensate</li>
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<h2>なぜ現在の量子コンピューターが「ノイジー」なのか?</h2>
量子コンピューターとその可能性は今や毎日のニュース項目であり、量子コンピューターが従来のコンピューターに革命をもたらすことは間違いありませんが、私たちはまだそこにいません. ただし、キュービットの数だけではありません（最大の量子コンピューターには72のキュービットがあります）. これらのキュービットの品質もかなり悪いです.
誤解しないでください、72 Qubitsは技術的なeast宴であり、それは小さく聞こえますが、これらの「小さな」量子コンピューターでさえ「量子優位性」と呼ばれるものを示すのに十分な大きさです。. あれは 大きな声明. そして、私たちはいくつかの専門的なアプリケーションでこれを示すことからそれほど遠くないと信じています. （次の投稿の1つでこれに焦点を当てます）.
しかし、可能性に過度に興奮するジャーナリストを信じるなら（「」量子コンピューターはすべてを壊します「）、簡単な現実チェックが必要です。このトピックの実用的な紹介をお伝えしたいと思っています.
現在の量子コンピューターのセットを分類するために、ジョン・プレスキルは「NISQ」というフレーズを作り出しました。. 彼はこれを作り出して、現在の量子コンピューターがまだ普遍的なマシンではないことを豊富に明らかにしました.
<h3>それで、量子コンピューターが「うるさい」とはどういう意味ですか？?</h3>
qubitsは量子コンピューターの構成要素であり、量子効果が本当に小さくて本当に寒い場合にのみ発生するため、これらのqubitsは通常、絶対ゼロ（-273度摂氏）の近くで動作する大きな冷蔵庫内にあります.
問題は、これらのキュービットが相互に対話することを望んでいることです（したがって、計算を行うことができます）が、これらのキュービットが環境と対話することは望ましくありません。.
干渉なしにこれを行う方法はまだ見つかりませんでした。この干渉はノイズを導入します。これは、計算を行うとエラーとして表示されます（以下を参照）.
もう1つの問題は、これらのキュービットがまだ実際には安定していないことです。つまり、ミリ秒以内に量子効果が失われ、それ以外の場合は情報が失われた場合に計算が完了することを意味します。.
<h3>それで、これは現実にどのように見えますか?</h3>
それでは、少しプログラムを書きましょう. 私のプログラムはコインをひっくり返す必要があり、ヘッドの場合は「00」を印刷する必要があります。テールの場合は、「11」を印刷する必要があります。?
プログラムは次のように見えるかもしれません：
<pre>ランダムから 輸入 randint＃ 得る 間の乱数 0 と 1 と もしも それ は 0 それから 印刷 「00」, さもないと 「11」 もしも （Randint（0,1）） < 1）： 印刷 （「00」）） それ以外： 印刷 （「11」））</pre>
そして確かに私たちがこれを実行すると、出力はこのようなものになります. rouphlyの半分の時間「00」と残りの半分の「11」を返しました. 素晴らしい.
<img src=”https://www.quintessencelabs.com/hs-fs/hubfs/Imported_Blog_Media/AB-Blog-quantum-noise-1-1024×654.jpg?width=212&height=138&name=AB-Blog-quantum-noise-1-1024×654.jpg” />
<h3>かっこいいので、本物の量子コンピューターでこれを実行しましょう.</h3>
IBMの量子コンピューターを使用します. 現在、量子コンピューターでは2つのキュービットを取り、それにいくつかの量子ゲートを適用して、両方のキッツがそれらを測定するときに同じ値を持つことを保証します（「00」または「11」を意味します）. そして、彼らはそれを正確に50％で持っているので、私たちの量子プログラムは上記の小さな古典的なプログラムと正確に一致します. 「00」と「11」が唯一の結果であることを本当に明確にしたいのですが…他に何もありません（ベルステート）.
それで、私たちの量子コンピューターからの出力はどのように見えますか? どれどれ…
<img src=”https://www.quintessencelabs.com/hs-fs/hubfs/Imported_Blog_Media/AB-Blog-quantum-noise-2-1024×701.jpg?width=222&height=153&name=AB-Blog-quantum-noise-2-1024×701.jpg” alt=”Quantum Computerからのユーザー” width=”443″ height=”305″ />
エラー…うわー…何? 「00」と「11」はほぼ均等に分布しています（50/50ではありませんが）。私は6％で「01」の場合、7％の場合は結果「10」.
問題は、これらの結果が私のプログラムの有効な結果ではなく、私の量子コンピューターにエラーがない場合、これらは存在しないことです。. しかし、現在のすべての量子コンピューターはうるさいので、このノイズは計算内のエラーに現れます. したがって、「01」と「10」の2つのケースは、システムのノイズから生じるエラーを表します.
上記の例では、「00」と「11」がはるかに一般的であることがまだわかりますが、「01」と「10」がノイズを表していることがわかります。. そして、結果のほぼ13％が発生するべきではない結果であるという事実は、このコンピューターがどれほどうるさいかを教えてくれます.
現在の量子コンピューターがこのような簡単な計算に対して非常にうるさい場合、誰もがまだ役立つことをしていることを尋ねることができます?
答えは絶対に、そして私たちはその背後にある数学モデルのノイズを意図的に説明しますが、それが意味するのは、バックエンドのトポロジーや量子のどのタイプを理解せずに、量子コンピューターでプログラムを盲目的に実行できないことですコンピュータがあります.
古典的な世界では、コードを書くと、Windows、Mac、iPhone、Linuxで正しく実行されるかどうかを心配する必要はありません。. 同じ結果を実行して吐き出します. 量子コンピューター（または少なくともNISQスタイルの量子コンピューターでは）では、これらの詳細について心配する必要があります.
<h3>エラー修正</h3>
計算書を書くときに量子システムの騒々を考慮したくない場合は、「エラー補正」と呼ばれる手法を採用する必要があります。.
基本的なアイデアは、1つのキットの結果を完全に信頼できない場合、10のキュービットを取ってみましょう。10個すべてのキュービットが同意している場合、私は単に多数決を取るだけであるということです。. （非常に単純化）. エラーを排除できる場合は、「論理的なキュービット」（エラーなし）と「物理的なQubit」（エラー）について話します。. 現在の推定では、今すぐ1つの論理的なキットに約10〜50の物理的なキュービットが必要であると想定しています（ただし、それは変更されます）
<h3>結論</h3>
実際には3つの主要な領域があり、量子コンピューティングハードウェアが焦点を当てており、それらはすべて現実世界のアプリケーションにとって等しく重要です
<ul>
<li>キビの数.</li>
<li>キュービット、ゲート、測定のエラー確率を減らす</li>
<li>Qubitsの安定性</li>
</ul>
Andreas Baumhof、Quantum Technologiesの副社長
<h2>量子コンピューターは大きいです</h2>

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<li>FTCはクラウドコンピューティングにおける競争を調査しています連邦取引委員会は、Amazon、Microsoft、Googleなどの少数の大手ハイテク企業の影響を調査しています .</li>
<li>u.s. 債務危機は政府の請負業者を襲う可能性がありますハード政府請負業者は今すぐ準備する必要があります.s. その負債を債務不履行にすると、そのため、支払いが停止することになります .</li>
<li>バーチャルリーダーシップスタイル：Transformational Vs. トランザクション変革とトランザクションのリーダーシップスタイルの違いは、仮想チームにとって重要です. リーダーとマネージャー .</li>
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<li>Bl00dyランサムウェアギャングは、ペーパーカットの欠陥を介して学校をターゲットにしています。 .</li>
<li>専門家はサンバーナーディーノの1ドルに疑問を呈しています.サンバーナーディーノ郡の保安官局に対するランサムウェア攻撃では、1Mの身代金支払いが公安サービスが損なわれていませんでしたが、 .</li>
<li>インシデント対応：コミュニケーション計画の実装方法コミュニケーションは、効果的なインシデント対応計画にとって重要です. コミュニケーション計画と .</li>
</ul>
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<li>Pythonインタープリターvs. IDE：ネットワークオートメーションにPythonを使用する際にネットワークエンジニアが知っておくべきこと、ネットワークエンジニアは通訳や統合開発環境と協力することがよくあります .</li>
<li>エンタープライズ5G：計画、アーキテクチャ、利益のガイドエンタープライズ5G展開には広範な計画が必要です. この5Gガイドを使用して、ワイヤレステクノロジーの進歩に備えます .</li>
<li>LA郡レジストラのネットワークは投票アクセシビリティを拡張しますLA郡レジストラの近代化されたネットワークは、郡全体の投票センターで5G、SD-WAN、AIなどのテクノロジーを使用して作成します .</li>
</ul>
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<li>Quantum Computingが暗号化に与える影響を調べる量子コンピューターが利用可能になったら、多くの暗号化タイプが脆弱になります. 理由と何が研究されているのかを学ぶ .</li>
<li>量子コンピューターを構築する10企業大小さまざまな企業がソフトウェアとハードウェアスペースに量子コンピューティング機能を構築しています. これが何なのか .</li>
<li>クラウドの送還コストの計算に関係しているもの? 雲の送還に関連するコストは、移行自体を超えています. ITマネージャーは、新しいハードウェアを考慮する必要があります, .</li>
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<li>データメッシュ対. その他のデータ管理オプションデータメッシュは、データ管理とデータから価値の導出に対して分散型アプローチを取ります. データと類似点を共有しています .</li>
<li>Informatica World 2023：クラウド、データ、AIが一緒になってInformaticaが生成AI Claire GPT製品を立ち上げ、インテリジェントデータ管理クラウドをMicrosoftとして提供する計画を立てています .</li>
<li>Informaticaは、クレアに生成AIを注入する計画を発表します。.</li>
</ul>
<h2>qubitsを殺すことができる隠された「ノイズ」を明らかにする</h2>
新しい検出ツールを使用して、不要な環境障害に対して量子コンピューターを堅牢にすることができます.
ロブ・マシソン| MITニュースオフィス
発行日：
2019年9月16日
<h3>プレスコンタクト：</h3>
アビー・アバゾリウス
電話：617-253-2709
MITニュースオフィス
<h3>メディアダウンロード</h3>
<img src=”https://news.mit.edu/sites/default/files/styles/news_article__download/public/download/201909/MIT-Quantum-Noise-PRESS.jpg?itok=HnrVvVr4″ alt=”MITとDartmouth Collegeの研究者は、量子コンピューターの基本コンポーネントであるキュービットの脆弱な量子重ね合わせ状態を破壊できる非ガウス「ノイズ」の新しい特性を検出するツールを開発しました。” width=”270″ height=”180″ />
キャプション：MITおよびダートマスカレッジの研究者は、量子コンピューターの基本コンポーネントであるキビットの脆弱な量子重ね合わせ状態を破壊できる非ガウス「ノイズ」の新しい特性を検出するツールを開発しました。.
クレジット：写真：サンプソンウィルコックス
<h4>*利用規約：</h4>
MIT News OfficeのWebサイトでダウンロードするための画像は、非営利のエンティティ、プレス、および一般の人々がクリエイティブコモンズの属性の下で利用できるようになります。. サイズにトリミングする以外に、提供された画像を変更することはできません. 画像を再現するときは、クレジットラインを使用する必要があります。以下に提供されていない場合は、画像を「MIT」にクレジットします.「
<img src=”https://news.mit.edu/sites/default/files/styles/news_article__image_gallery/public/images/201909/MIT-Quantum-Noise_0.jpg?itok=Dwv7YuqD” alt=”MITとDartmouth Collegeの研究者は、量子コンピューターの基本コンポーネントであるキュービットの脆弱な量子重ね合わせ状態を破壊できる非ガウス「ノイズ」の新しい特性を検出するツールを開発しました。” width=”900″ height=”600″ />
MITとDartmouth Collegeの研究者は、量子コンピューターの基本コンポーネントであるキュービットの脆弱な量子重ね合わせ状態を破壊できる非ガウス「ノイズ」の新しい特性を検出するツールを開発しました。.
写真：サンプソンウィルコックス
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MITとDartmouth Collegeの研究者は、量子コンピューターの基本的なコンポーネントであるキビットの脆弱な量子状態を破壊する環境「ノイズ」の新しい特性を検出するツールを初めて実証しました。. この進歩は、Qubitsを保護する新しい方法を設計するのに役立つ顕微鏡ノイズメカニズムに関する洞察を提供する可能性があります.
qubitsは、古典的なバイナリビット、0または1に対応する2つの状態を表すことができます. しかし、それらはまた、両方の状態の「量子重ね合わせ」を同時に維持することができ、量子コンピューターが古典的なコンピューターでは実際に不可能な複雑な問題を解決できるようにすることができます.
しかし、Qubitの量子の「コヒーレンス」（重ね合わせ状態を維持する能力を意味する）は、Qubitの周りの環境からの騒音のためにバラバラになる可能性があります. ノイズは、キクビット材料自体の制御電子機器、熱、または不純物から発生する可能性があり、また、修正が困難な深刻なコンピューティングエラーを引き起こす可能性があります.
研究者は統計ベースのモデルを開発して、それらを保護するための新しい方法を作成し、ノイズメカニズム自体に関する洞察を得るために、Qubitsを取り巻く不要な騒音源の影響を推定しました. しかし、これらのツールは一般に、単純な「ガウスノイズ」をキャプチャします。本質的には、多数のソースからのランダムな混乱のコレクションです. 要するに、それは大勢の群衆のつぶやきから来るホワイトノイズのようなものであり、際立っている特定の破壊的なパターンがないため、特定のソースによって特に影響を受けません. このタイプのモデルでは、個々の貢献者の統計的有意性に関係なく、ノイズの確率分布が標準的な対称ベル曲線を形成します.
本日、ジャーナルに掲載された論文で 自然コミュニケーション, 研究者は、qubitに影響を与える「非ガウスノイズ」を初めて測定する新しいツールについて説明します. このノイズは、一般的にいくつかの特に強いノイズ源に由来する独特のパターンを特徴としています.
研究者は、そのノイズを背景ガウスノイズから分離するための手法を設計し、その後、信号処理技術を使用して、これらのノイズ信号に関する非常に詳細な情報を再構築する. これらの再構築は、研究者がより現実的なノイズモデルを構築するのに役立ちます。. 今ではそのようなツールが必要である、と研究者は次のように述べています。.
「混雑した部屋にいるようなものです. 誰もが同じボリュームで話す場合、バックグラウンドノイズがたくさんありますが、私はまだ自分の会話を維持することができます. しかし、少数の人が特に大声で話している場合、私は彼らの会話に閉じ込めざるを得ません. 電気工学およびコンピューターサイエンスの准教授であるウィリアム・オリバーは、物理学の実践教授、MITリンカーン研究所フェロー、およびエレクトロニクス研究研究所（RLE）の準ディレクターであるウィリアム・オリバー氏は言います。. 「多くの欠陥を持つQubitsの場合、デコを装着するノイズがありますが、一般的にそのタイプの集合体、通常はガウスノイズを処理する方法を知っています. しかし、Qubitsが改善し、欠陥が少ないと、個人は際立っています。. 私たちもそれを処理する方法を見つけることができますが、最初に特定のタイプの非ガウスノイズとその統計を知る必要があります.」
「理論物理学者がアイデアを想像することができ、それを見ることに投資することをいとわない実験的なプラットフォームと実験的な同僚を見つけることは一般的ではありません」. 「MITチームでこのような重要な結果に来ることができてよかったです.」
紙の上でオリバーとヴィオラに参加する：ファースト著者ヤングキュー・ソン、フェイ・ヤン、ジャックY. Qiu、Uwe vonLüpke、Terry p. オーランド、サイモン・グスタフソン、すべてのRLE。デビッドK. キムとジョニリンl. リンカーン研究所のヨーダー。そして、フェリックス・ビードインとリー・m. ダートマスのノリス.
パルスフィルター
彼らの仕事のために、研究者は、超伝導キュービットが自分のノイズを検出するための優れたセンサーであるという事実を活用しました. 具体的には、周囲の環境から磁束と呼ばれる特定のタイプの破壊的なノイズを検出できる超伝導ループで構成される「フラックス」Qubitを使用します。.
実験では、彼らは、キクビットを乱し、コヒーレンスを失うエンジニアリングフラックスノイズを注入することにより、非ガウスの「脱毛」ノイズを誘導し、次に測定ツールとして使用されます. 「通常、私たちは脱分岐を避けたいのですが、この場合、Qubit Decoheresがその環境のノイズについて何かを教えてくれます」とOliver氏は言います。.
具体的には、数十マイクロ秒以上の特定のシーケンスで、Qubitsの状態をひっくり返すために使用される110の「Pi-Pi-Pulses」を撃ちました. 各パルスシーケンスは、特定の周波数帯域を除き、ノイズの多くを覆う狭い周波数「フィルター」を効果的に作成しました. バンドパスフィルターノイズに対するキュービットセンサーの応答を測定することにより、それらはその周波数帯域でノイズパワーを抽出しました.
パルスシーケンスを変更することにより、フィルターを上下に移動して、さまざまな周波数でノイズをサンプリングできます. 特に、そうすることで、彼らは非ガウスノイズがキュービットをデコホレーに明らかに引き起こす方法を追跡しました。.
エラーの抑制と修正
作業の背後にある主要な革新は、パルスを慎重に設計して、「Bispectrum」の特性を抽出する特定のフィルターとして機能することです。.
基本的に、ビセプターを再構築することにより、彼らは時間の経過とともにキュービットに衝突する非ガウスノイズ信号の特性を見つけることができました – ガウスノイズ信号には存在しないものは. 一般的な考え方は、ガウスノイズの場合、2つの時点の間にのみ相関があるということです。これは「2次の時間相関」と呼ばれます.しかし、非ガウスノイズの場合、ある時点でのプロパティは、複数の将来のポイントでのプロパティと直接相関します. このような「高次」相関は、非ガウスノイズの特徴です. この作業では、著者は3つの時点の間の相関でノイズを抽出することができました.
この情報は、プログラマーが動的なエラー抑制とキービットのエラー補正コードを検証および調整するのに役立ちます。これにより、ノイズ誘導エラーが修正され、正確な計算が保証されます。.
このようなプロトコルは、ノイズモデルからの情報を使用して、実用的な量子コンピューターにとってより効率的な実装を作成します. しかし、ノイズの詳細はまだ十分に理解されていないため、今日のエラー修正コードは、その標準ベルカーブを念頭に置いて設計されています. 研究者のツールを使用すると、プログラマーは現実的なシナリオでコードが効果的に機能する方法を測定するか、非ガウスノイズにゼロを開始できます.
混雑した部屋のアナロジーに沿って、オリバーは次のように述べています。.」