森前智行 基礎物理学研究所講師らの研究グループは、量子計算の結果の正しさを効率的に事後チェックできる方法を開発しました。本研究成果は、今後の量子コンピューターの発展において非常に重要な基盤的技術となると考えられます。
本研究成果は、2018年1月22日に米国の科学誌「Physical Review Letters」オンライン版で公開されました。
研究者からのコメント
量子计算机が正しく动作しているかどうかを古典计算机で効率的にチェックできるか、という问题は「量子计算の検証（惫别谤颈蹿颈肠补迟颈辞苍）」と呼ばれ、现在世界中で活発な研究がなされています。クラウド量子计算という実用的な场面で重要なだけでなく、理论物理学や计算机科学の基础とも密接に関係するとても面白いテーマです。これまで、量子计算の検証において、计算本体と検証プロセスを分离することはできないだろうと思われていましたが、今回初めて、それが可能であることを示すことができました。
本研究成果のポイント
- 量子コンピューターはノイズに弱いため、量子计算结果の正しさを効率的にチェックする方法が必要不可欠である。
- 量子计算の正しさを计算终了后に事后チェックできる効率的な方法を世界で初めて开発した。
- 远隔にある量子クラウドの计算の正しさもチェックできるため、今后、安心安全な量子インターネットを実现するうえで基盘となる技术である。
概要
コンピューターの计算结果の正しさのチェックは、私たちが普段使っているコンピューターにおいても内部で自动的に行われている、必要不可欠なプロセスです。量子コンピューターの场合、ノイズに弱いという弱点があるため、计算の正しさのチェックはいっそう重要となりますが、これまで提案されていた方法では、计算本体と计算チェックのプロセスが分离不可能な形になっていたため、计算时间が増大してしまうという问题がありました。
本研究グループは、量子计算の计算本体と计算の正しさのチェックを分离して、チェックを事后に行える効率的な方法を新たに提案しました。量子コンピューターは近い将来、现在の通常のコンピューターではシミュレートできないようなサイズの领域に达するだろうと予想されていますが、そのような场合でも、本研究で得られた新しい方法を适用することにより、通常のコンピューターでも効率的なチェックが可能となると期待されます。
また、さらなる将来、クラウドでの量子计算サービスがより一般化していくと、セキュリティの観点からも、クラウドの量子计算の正しさを利用者が简単にチェックできるスキームが必要となってきます。この成果は、そのような未来において、安心安全な量子インターネットを実现する上で重要な基盘技术となるものです。
図：今回提案された量子计算结果チェック方法の概要
（１）利用者はクラウド上で量子计算を行い、结果を得る。
（２）计算结果が疑わしい场合は、利用者が証明を要求する。
クラウドからは量子结果の正しさの証明がエンコードされた量子ビットが送られてくるので、利用者はその量子ビットをもとに自身の通常のコンピューターで正しさのチェックができる。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
Joseph F. Fitzsimons, Michal Hajdu?ek, and Tomoyuki Morimae (2018). Post hoc Verification of Quantum Computation. Physical Review Letters. 120(4), 040501.
