情報通信
"局所仮想純化法"にて性能アップ、量子シミュレーションを実用化へ
自然界の複雑な量子現象の解明に、量子シミュレーションは重要な役割を果たす。けれど今の量子シミュレーションデバイスは、冷却温度の限界や環境からのノイズなど多くの実験的制約に直面している。先行研究で、量子状態間にもつれ測定を実行し――
実験的な限界を超える結果が得られる「蒸留」手法が提案されたが、それは系のサイズアップにつれて測定回数が指数関数的に増大してしまう、問題を抱えていたという。大阪大学QIQB、NTT CDS、中央大学、東京大学SOEの研究グループは、量子コンピュータにおけるシミュレーション性能を劇的に向上させる、量子シミュレーションに必要なもつれ測定を着目する局所領域に限定する新しい手法、「局所仮想純化法」を提案した。
物理学における基本的な性質であるクラスター性（遠く離れた2地点間での実験結果は相関を持たない）が成立するという条件のもとで、測定回数の問題が解決することを理論的に証明した。同手法は、局所性（ある地点で起きた出来事により遠くの実験結果が直ちに変わることはない）という物理学の基本概念を量子シミュレーションの実用化に応用したものであり、未来の量子技術の実現を大きく前進させるだろう。
今回の研究では、冷却やノイズ緩和タスクに同手法が適用できるための条件、つまり局所的に制限された蒸留操作が数学的に正当化される条件を示した。条件が完全に満たされない場合でも、局所的な操作への置き換えが依然有効であることも数値的に示した。先行研究で独立提唱された冷却とノイズ緩和タスクを同時実行できることも提案し、それを局所的なものに置き換えられることも数値的に示した。
蒸留を局所的にのみ実行し、従来手法と比べて測定回数を指数的に削減できることを示した。量子シミュレーションの実用化への重要な一歩となるものと期待される。研究成果は『Physical Review Letters』に掲載された。