量子コンピュータの計算結果を容易にチェック：量子ビットが正しさを証明

京都大学の森前智行講師らは、量子コンピュータによる計算結果が正しいかどうかを効率よく事後チェックできる方法を開発した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

量子計算本体と事後チェックの工程を分離

　京都大学基礎物理学研究所の森前智行講師らは2018年1月22日、量子コンピュータによる計算結果が正しいかどうかを効率よく事後チェックできる方法を開発したと発表した。遠隔で行われるクラウド量子計算の信頼性をチェックすることも容易となる。

　今回の研究は、科学技術振興機構（JST）の戦略的創造研究推進事業として、森前氏とNational University of Singaporeおよび、Singapore University of Technology and DesignのJoseph Fitzsimons博士、Michal Hajdusek博士らが共同で行った。

　量子コンピュータは、従来のコンピュータに比べ極めて高速な演算が可能となる半面、ノイズの影響を受けやすい。このため、計算結果の信頼度を高めるには、計算後にその結果が正しいかどうかを確認する必要がある。これまでも、チェック方法は提案されてきたが、計算と事後チェックの工程を分離することができず、計算に膨大な時間が必要になっていたという。

　森前氏らによる研究グループは今回、量子計算と事後チェックの工程を分離して、その処理を効率よく行う方法を新たに開発した。開発した理論プロトコルを用いると、量子コンピュータの信頼度に応じた事後チェックが可能となる。

今回開発した量子計算結果をチェックする方法の概要出典：京都大学、JST

　例えば、信頼度の高い量子コンピュータを利用した場合には、事後に行っていた計算チェックの工程を省くこともできる。信頼度が低い量子コンピュータを利用した場合、計算結果を受け取った後に、正しい結果であるという証明を量子コンピュータへ要求すれば、それを証明するエンコード済みの量子ビットが送られてくる。エンコード済みの量子ビットは、クラウドが各ステップできちんと正しい量子計算を行ったことを示すものである。

　研究グループが新たに提案した理論プロトコルでは、利用者が受け取った量子ビットを測定用デバイスで測定し、その結果を自分のPCなどで処理する。測定結果が一定の条件をクリアしている場合、極めて高い確率で計算結果は正しいことが理論的に保証されているという。量子ビットは量子コンピュータから1つずつ利用者に送られてくる。これを順次測定すればよいので、測定用デバイスにデータを蓄積するための量子メモリなどを用意する必要ない。

　今後は、センターに設置された量子コンピュータに自宅のPCなどからアクセスし、クラウド的に運用されるケースも増加する見通しである。今回の研究成果を用いると、その計算結果が正しいかどうかも自身のPCで容易にチェックすることが可能になるという。