デューク大学と IonQ、新しい量子コンピューターゲートを開発、IonQ とデューク大学のシステムでのみ可能に。研究者たちは、量子アルゴリズムのスケーリングに役立つ、より効率的な量子演算である N-qubit Toffoli ゲートを実行する新しい方法を発見しました。

新しいN量子ビットゲートは、IonQ 量子コンピュータアーキテクチャでのみ実行可能である。このゲートが実装されると、量子コンピュータの基本的なアルゴリズムが高速化されることが期待される

米ノースカロライナ州ダーハムおよびマサチューセッツ州カレッジパーク、2022年2月10日、デューク大学のデューク量子センター（DQC）と IonQ （NYSE: IONQ） は、いくつかの重要な量子コンピューティング技術を加速させ、量子アルゴリズムのスケーリングに貢献する可能性を持つ、新しい量子コンピューティング演算の発明を発表しました。

この新しい量子ゲートは、接続された多数の量子ビットを一度に操作する新しい方法であり、IonQ およびDQC量子コンピュータでのみ利用可能なマルチ量子ビット通信バスを活用しています。このゲート技術の詳細は、プレプリントアーカイブである arXiv の arXiv:2202.04230 に掲載されています。

閉じ込められたイオンの量子プロセッサーの模式図（提供：IonQ）

新しいゲートファミリーには、他のすべての量子ビットが特定の状態にある場合にのみ、選択された量子ビットを反転させるN量子ビット Toffoli ゲートが含まれます。標準的な2量子ビットの量子コンピューティングゲートとは異なり、N量子ビット Toffoli ゲートは、一度に多くの量子ビットに作用するため、より効率的な操作が可能になります。このゲートは、多くの一般的な量子アルゴリズムに自然に現れます。

IonQ と Duke大学の発見は、グローバーの探索アルゴリズム、変分量子固有値ソルバー（VQE）、足し算や掛け算などの算術演算など、基本的な量子アルゴリズムを解く際に、大幅な効率化をもたらす可能性があります。

これらのユースケースは、量子コンピューティングのアプリケーション全体に共通しており、IonQ の量子化学、量子金融、量子機械学習などの研究の中核をなしています。

これらは、一般的に認められている量子コンピューターの業界ベンチマークにおいても重要な要素であり、IonQのコンピューターが業界をリードしていることが明らかになっています。

今回の発見は、当社が確立した最先端の技術アーキテクチャを継続的に構築していることの一例です。今回の発見は、当社が確立した最先端の技術アーキテクチャをさらに発展させた例であり、当社が量子コンピュータのアプリケーションのために開発しているユニークで強力な機能をさらに強化するものです。

この研究は、デューク大学の Or Katz 博士、Marko Cetina 教授、IonQ の共同設立者でありチーフサイエンティストのChristopher Monroe 教授によって行われたもので、IonQ の量子コンピューティングOSに統合され、一般のユーザーが使用できるようになります。

モンロー教授は、

この新しいN量子ビットゲートのファミリーを利用できる量子コンピュータアーキテクチャは、他のイオンベースの量子コンピュータにもありません。これは、IonQ の量子コンピュータが、完全な接続性と、すべての量子ビットが同時に会話できる広い通信バスを独自に備えているからです。

と述べています。

今回の発見は、IonQ の研究努力とスケールアップの準備に関する一連の発表に続くものです。12月、IonQ は、システムの量子ビットとしてバリウムイオンを使用する計画を発表し、高度な量子コンピューティングアーキテクチャを可能にすると考えています。

さらに昨年は、業界初の Reconfigurable Multicore Quantum Architecture （再構成可能なマルチコア量子アーキテクチャ）と Evaporated Glass Trap（蒸発ガラストラップ）技術を発表しており、これらの技術は IonQ の量子コンピュータの量子ビット数の拡大に貢献するものと期待されています。