超電導回路を用いたスケーラブルな量子誤り訂正手法の研究

利用超导电路的可扩展量子纠错方法研究

• 批准号: 21J10882
• 负责人: 上野 洋典
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J10882/
• 关键词: 量子計算機; 量子誤り訂正; 表面符号; 格子手術; SFQ回路

本研究は超電導量子ビットを用いた誤り耐性量子計算機の実現に向け、超電導古典回路の一種であるSingle Flux Quantum (SFQ) 回路を用いて極低温環境で効率的に量子誤り訂正を行う手法の開発を目的とする。特に①SFQ回路で効率的に動作する誤り訂正アルゴリズムの開発、②そのアルゴリズムを効率的に実行するSFQ回路の作成、③量子計算機の誤り訂正性能を効率的に評価するシミュレーション環境の開発を行う。本年度は①および③についてそれぞれ進展があった。2021年度までに提案した、SFQ回路上で効率的に動作する量子誤り訂正アルゴリズムを、2値化ニューラルネットワークと組み合わせることで、従来のアルゴリズムの誤り訂正性能を強化する手法を考案した。また、2値化ニューラルネットワークを効率的に実行するSFQ回路を設計した。これにより、従来の誤り訂正回路の持つ高速・低消費電力性を維持しつつ、高い量子誤り訂正性能を持つ誤り訂正回路を提案した。この成果についての論文を論文誌に投稿し、現在査読対応中である。また、2022年5月から翌年3月まで、日本学術振興会若手研究者海外挑戦プログラムの支援のもとミュンヘン工科大学に留学し、量子計算機の誤り訂正性能を効率的に評価するシミュレーション環境の開発に取り組んだ。特に、2021年度に提案した誤り訂正アルゴリズムが対象とする格子手術と呼ばれる論理演算手法を高速にシミュレートする環境を開発した。また、現実的なエラー状況下において格子手術を用いた論理演算の実行時間を削減する手法を提案した。さらに、本研究課題におけるこれまでの成果に基づいて、2022年9月にIEEE Quantum week内のワークショップで招待講演を行った。また、同ワークショップの参加者と共同でPerspective論文を執筆し論文誌への投稿およびアメリカ物理学会での発表を行った。

The purpose of this study is to develop a method for quantum error correction in ultra-low temperature environment, which is a kind of Single Flux Quantum (SFQ) loop. In particular,(1) SFQ loop error correction performance evaluation,(2) SFQ loop error correction performance evaluation,(3) SFQ loop error correction performance evaluation, and (4) SFQ loop error correction performance evaluation. This year's progress has been made. In 2021, we proposed a method for improving the performance of quantum error correction on SFQ loop. The SFQ loop is designed for high efficiency. High speed, low power consumption, high quantum error correction performance, high error correction performance The results of this paper are published in the journal, and now they are examined. From May 2022 to March of the following year, the Japan Society for the Promotion of Science and Technology (JSPT) will support the overseas research and development of quantum computers in universities of engineering and universities. In particular, the 2021 proposal to correct errors and errors in the network of operations and call logic methods to speed up the development of the environment In the case of the current situation, the method of reducing the running time of the logical calculation is proposed. The results of this research project were presented at the IEEE Quantum Week in September 2022. The participants of the conference jointly wrote the Perspective paper, submitted it to the Physics Society, and made a presentation.

项目成果

ミュンヘン工科大学(ドイツ)

慕尼黑工业大学（德国）

2021年度研究会推薦博士論文速報 ［量子ソフトウェア研究会］

2021年课题组推荐博士论文报告【量子软件课题组】

QECOOL: On-Line Quantum Error Correction with a Superconducting Decoder for Surface Code

QECOOL：使用超导解码器对表面代码进行在线量子纠错

• DOI: 10.1109/dac18074.2021.9586326
• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of 58th ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC)
• 作者: Ueno Yosuke;Kondo Masaaki;Tanaka Masamitsu;Suzuki Yasunari;Tabuchi Yutaka
• 通讯作者: Tabuchi Yutaka

Real-Time Decoding for Fault-Tolerant Quantum Computing: Towards higher decoding speed and lower communication latency

容错量子计算的实时解码：实现更高的解码速度和更低的通信延迟

• 发表时间: 2023
• 作者: Francesco Battistel;Muhammad Usman;Christopher Chamberland;Swamit Tannu;Ramon Overwater;Fabio Sebastiano;Yosuke Ueno;Luka Skoric;Jordy Gloudemans;Damaz de Jong;Wouter Vlothuizen;Jules van Oven;Cornelis Christiaan Bultink,
• 通讯作者: Cornelis Christiaan Bultink,

論理量子ビット間での演算を可能にする極低温環境での量子誤り訂正手法を世界で初めて開発

全球首个在极低温环境下开发的量子纠错方法，可实现逻辑量子位之间的运算