日立制作所(以下简称日立)6月12日宣布，以硅量子计算机的实用化为目标，提出了一种可有效控制量子比特的“穿梭量子比特方法”，并已确认了其有效性。日立还与自然科学研究机构（NINS）分子科学研究所的大森贤治教授等组成联合研究团队，开始了针对包括该成果在内的适合量子计算机控制的“量子操作系统”的联合研究。本次联合研究，旨在加速大规模集成化相关研究，以早日实现硅量子计算机的实用化。
图1 可有效控制量子比特的“穿梭量子比特方法”（供图：日立制作所）
一般认为，要实现农业领域备受关注的固氮酶的量子化学计算等传统计算机无法实现的超高速计算，需要100万量子比特以上规模的量子计算机。并且，为了实现如此大规模的量子计算机，需要安装能够有效控制集成化量子比特的技术和纠错技术。
日立正在研发的硅量子计算机与先行开发的超导量子计算机相比，有望在大规模化方面发挥更大的优势。然而，量子比特一般设置在固定的地方，且需要将计算和读出电路连接到所有量子比特。此外，相邻量子比特之间发生串扰（错误）等是阻碍大规模集成化的主要因素。
针对上述课题，日立提出的穿梭量子比特方法预先设定对计算和读出等进行控制的区域，使量子比特可以在预设区域间自由移动。由此，消除了将计算和读出电路连接到所有量子比特的必要，简化了硅器件的布线结构。并且，通过疏散相邻的量子比特进行计算，从而抑制了串扰（错误）的影响。
在硅量子计算机中，单个电子被限制在硅器件中形成“量子点”精细结构中，其自旋被用作量子比特。此前，一直以该量子比特（电子）不在量子点中移动为前提，但日立着眼于阵列内的电子能够移动这一事实，成功进行了原理实验。
另外，如果能够在保持量子态的同时移动（穿梭），将为控制量子比特的计算和读出等带来新的可能性。因此，日立提出了这种使量子比特进行穿梭的控制方法，将其称为“穿梭量子比特方法”，并验证和确认了其效果。
此外，研究人员还构建了一个结合了该效果的模拟器，并确认穿梭量子比特方法在受串扰影响严重的大规模量子计算中能够保持比固定量子比特的传统方法更高的量子计算精度（保真度）。通过移动量子比特，可以在任意量子比特间进行计算，且有望更为简单地实现纠错功能。
分子科学研究所大森教授的评论摘要
本次的成果定量地明确了硅基量子计算机中“动态”量子比特的有效性，是一项非常重要的成果。使用该技术，可以使任意一对空间上分离的量子比特在计算过程中动态接近，从而形成量子计算中不可或缺的“量子纠缠态”。
理论上，可以使构成量子计算机的所有量子比特都处于量子纠缠态。这对于超导量子计算机等在空间上固定每个量子比特的硬件来说是不可能的操作，有望为量子计算机的计算精度和算法带来突破性进展。
另一方面，分子科学研究所的冷原子型量子计算机也在推进动态量子比特的安装，两者的动态量子比特系统在控制系统方面有很多共通的部分，今后通过两者的联合开发，有望大大加速日本量子计算机的实用化。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
