中規模量子コンピュータにおける量子演算精度向上手法の研究

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量子誤り訂正を行わないNISQ型の中規模量子コンピュータにおける量子演算精度の向上を図るため、本研究では、量子ビット近傍のノイズを高精度にセンシングし、そのノイズ量を基に演算誤差の補正を行う手法を開発する。令和3年度の研究実績は、量子ビット近傍の温度や制御回路からの電気的雑音等、量子ビットに影響を与えうるノイズ情報を取得する高精度センサー回路の開発を行った。まず、シリコン量子ビットの開発を行っている研究者にヒアリングを実施し、量子ビットに誤差を与えるノイズの特性を調査した後、そのノイズを取得するために必要なセンサー回路の分解能や帯域を決定した。また、本センサー回路は量子ビット近傍に配置する必要があるため、冷凍機内の限られた面積・消費電力の範囲内で動作させる必要がある。そのため、センサー回路内のアナログ・デジタル変換器（AD変換器）において、高性能を維持しながら小型・低消費電力化を図るアーキテクチャを考案した。続いて、センサー回路をCMOSプロセスにて設計し、チップ試作を行った。チップ設計完了後は、本チップを極低温環境にて実測するために、評価ボードや治具等を開発し、評価環境の構築を完了した。本チップの極低温環境における測定と性能評価は、2022年度に実施予定である。また、ノイズによる量子ビットの誤差が量子演算結果にどれだけ影響を与えるかを把握するために、具体的な量子アルゴリズムを量子コンピュータのクラウドサービス上で動作させる実験を行った。本実験の結果から、令和4年度以降に取り組む量子状態推定に必要な量子ビット誤差と演算精度に関するデータを取得した。本成果については、量子ソフトウェア研究会において口頭発表済みである。