大阪大学量子情報・量子生命研究センターと富士通は2023年3月23日、ゲート方式量子コンピューターの新しい量子計算アーキテクチャーを確立したと発表した。量子誤り訂正に必要となる物理量子ビットの数を、従来方式の10分の1以下に減らせるとする。
量子ビットはエラーが非常に発生しやすいため、複数の物理量子ビットを使うことでエラーを補完する量子誤り訂正技術が不可欠だ。情報が長時間にわたって消えない「論理量子ビット」を1個実現するには、これまで物理量子ビットが1000個は必要とされてきた。それに対して、今回阪大と富士通が発表した手法を使用すると、100個ほどの物理量子ビットで1論理量子ビットが実現可能になるという。
阪大と富士通が発表した量子計算アーキテクチャーの特徴は、新たに「位相回転ゲート」と呼ぶ量子ゲートを導入したこと。従来のゲート方式量子コンピューターは「CNOTゲート」「Sゲート」「Hゲート」「Tゲート」という4種類の量子ゲートを使用する。このうちTゲートの量子誤り訂正に、非常に多くの物理量子ビットが必要だった。新アーキテクチャーではTゲートを位相回転ゲートに置き換えることで、量子誤り訂正に必要となる物理量子ビットの数を減らす。
従来のTゲートは、量子計算における状態ベクトルの向き（位相）の回転操作に使用している。この位相回転操作を実行するためには、Tゲートを平均して50回程度繰り返す必要があった。Tゲート操作のたびに量子誤り訂正が必要であり、そのために大量の物理量子ビットを必要としていた。
阪大と富士通の新アーキテクチャーがTゲートに替えて導入した位相回転ゲートは、任意の角度を直接指定して位相回転操作を実行するゲートである。50回のTゲート操作が、2回の位相回転ゲート操作で置き換え可能であるため、ゲート操作に伴う量子誤り訂正を大幅に削減できるという仕組みだ。
富士通量子研究所の佐藤信太郎所長は新アーキテクチャーについて「まずは超電導方式に適用したい」と話す。阪大の藤井啓祐教授は「位相回転ゲートに必要な操作は、超電導量子ビットの演算で実現可能だ」と述べている。
