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2022年10月の研究論文・ハードウェア編

Quantum Business Magazine 13 days ago


By Dr. Chris Mansell


Hardware



Title: Quantum and non-local effects offer over 40 dB noise resilience advantage towards quantum lidar (量子と非局所効果は、量子ライダーに対して 40dB以上のノイズ耐性の利点を提供する)

Organization: University of Toronto


一部の自動運転車に搭載されているLiDARシステムは、物体にレーザーを照射し、反射した光が受信機に戻る時間を測定することで距離を測定できる。この論文では、プローブ光子と参照光子の時間の量子相関を利用して、受信機のS/N比を43デシベル改善した。また、従来の装置と比較して1,000倍ものバックグラウンドノイズに耐えることができることも実証された。この魅力的な結果は実験室で得られたものだが、システムの性能と耐ノイズ性を考えると、将来のアップグレードが現実世界でテストされる可能性は十分ありそうだ。

Link: https://www.nature.com/articles/s41467-022-33376-9



Title: A shuttling-based two-qubit logic gate for linking distant silicon quantum processors(遠隔のシリコン量子プロセッサーをつなぐシャトリング型2量子ビット論理ゲート) 

Organizations: RIKEN; Delft University of Technology; Netherlands Organization for Applied Scientific Research (TNO)


シリコン量子ドット間の量子論理ゲートは、通常、最近傍間の短距離交換結合に依存している。この研究では、位相コヒーレントなスピンシャトルプロセスによって、1つのドットから次のドットに移動した量子ビットの間で、制御された位相ゲートを実証した。忠実度は93%だったが、これは追加のバリアパルスと、より頻繁な自動較正によって上がる可能性があった。これを改善することで、次のステップは、より長い距離で量子ビットを移動させられるかどうかを確認することである。

Link: https://www.nature.com/articles/s41467-022-33453-z 



Title: Universal control of a six-qubit quantum processor in silicon (シリコン上の6量子ビットプロセッサの汎用制御)

Organizations: Delft University of Technology; Netherlands Organization for Applied Scientific Research (TNO)


シリコン量子ドットにおいて、4つ以下のスピン量子ビットを用いた実験では、通常、量子論理ゲートの忠実度、初期化および測定の忠実度のいずれかが最適化される。この論文で研究者らは、線形量子ドットアレイに6つのスピン量子ビットを作成し、前述の忠実度を同時に高い値に到達させる新しい技術を導入した。彼らは、最大限のもつれ状態を作り出すことによって、量子ビットの普遍的な制御を実証し、このデバイスのさらなる改良と拡張の計画を示した。

Link: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05117-x



Title: On the Emerging Potential of Quantum Annealing Hardware for Combinatorial Optimization(組合せ最適化のための量子アニーリングハードウェアの新たな可能性)

Organizations: Los Alamos National Laboratory; University of New Mexico


D-Wave Systemsの最新の量子アニーリングデバイスは、5,000を超える二分決定変数と、4万の二次項を持つ疎である制約のない二次最適化問題を解決できる。本研究では、この量子アニーラが古典的な解法に対して桁違いに実行時間短縮をもたらすような、工夫をした問題のクラスが存在することを示した。この研究にはいくつかの制限があるが、実用性やオーバーヘッドを考慮しても、この結果自体は維持されている。

Link: https://arxiv.org/abs/2210.04291



Title: Protecting Fiber-Optic Quantum Key Distribution Sources against Light-Injection Attacks(光インジェクション攻撃からの光ファイバ量子鍵配送装置の保護)

Organizations: Russian Quantum Center; National University of Science and Technology MISiS; University of Waterloo; Mahidol University; Quantum technology foundation (Thailand); ITMO University; SMARTS-Quanttelecom; University of Science and Technology of China; National University of Defense Technology, China


デバイス依存の量子鍵配送には、明確に定義されたパラメータ内で動作する光源が必要。そうすると、盗聴者が明るい光をシステムに注入すると、光源の特性が変化し、セットアップの安全が損なわれる可能性がある。この論文では、低照度下では光源を保護し、高照度下ではプロトコルを永続的かつ安全に終了させるコンポーネント形式の対策を提案し、テストした。この提案の実用性にとって重要な要素は、標準的な光ファイバアイソレータか、単純なサーキュレータであろう。

Link: https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.3.040307



Title: Testing platform-independent quantum error mitigation on noisy quantum computers(ノイズの多い量子コンピュータでのプラットフォームに依存しない量子エラー緩和のテスト)

Organizations: Unitary Fund; École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL); Goldman Sachs & Co.


ゼロノイズ外挿法と確率的誤り消去法は、2つの重要な量子誤り緩和技術である。この論文では、IBM、IonQおよびRigetti量子コンピュータでそれぞれ実行された2つのベンチマーク問題にそれらを適用した。これらの技術がもたらす利益は、改善要因によって特徴付けられた。結果はハードウェアによって異なるが、重要なポイントは、平均すると、何もしない場合と比較してエラー緩和が有益であるということであった。著者らは、NISQ時代のほぼすべての実験でエラー軽減が機能すると予想している。

Link: https://arxiv.org/abs/2210.07194


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