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量子アニーリング装置による量子シミュレーションを実行 -非平衡量子統計力学理論の実証とさらなる発展に貢献-

【発表のポイント】

  • 量子アニーリング装置で量子シミュレーション(模擬実験)を実行
  • 磁性体の非平衡量子統計力学理論がその成立条件を外れても成立していることを発見
  • 量子アニーリング型量子コンピュータの新たな応用分野を開拓

【概要】

東京工業大学の西森秀稔特任教授らの研究チームは、D-Wave Systems 社(用語1)の量子アニーリング(用語2)装置(量子アニーリング型量子コンピュータ)を用いて磁性体内部に欠陥ができるメカニズムの理論を検証するために量子シミュレーション(用語3)を実行しました。

量子コンピュータの理論は、理想的な動作をする量子ビット(用語4)を想定して構成されています。しかし、今回の量子シミュレーションにおいては、実際には理想的な状況とは異なる動作をしている明確な証拠が見つかり、その影響を考慮して結果を解析する必要性が明らかになりました。

また、欠陥の数の統計分布に関する最近の非平衡量子統計力学理論も理想的な量子ビットを前提としているが、理想的な状況から乖離した実験条件下でもその理論が成立していることが見出されました。理想的な条件で導出された理論がその条件が満たされない場合にも成立することを、量子コンピュータを用いて発見した世界初の例といえます。

今回の研究成果は量子アニーリング型量子コンピュータの実験装置としての有用性を示したものであり、高速性にのみ注目が集まりがちな量子コンピュータの研究開発の今後の方向性に多大な影響を与えるものと期待されます。

この研究は東京工業大学 科学技術創成研究院 量子コンピューティング研究ユニットの坂東優樹研究員、須佐友紀研究員(現NEC)、西森秀稔特任教授らと、東北大学、埼玉医科大学、ドネスチア国際物理学研究センター(スペイン)、南カリフォルニア大学(米国)との共同研究で、米国時間9月8日付けで米国物理学会が発行するPhysical Review Research(フィジカル・レビュー・リサーチ)誌に論文が掲載されました。

図1. 原子スケールの微小磁石(青や黄色)の向きが変わる部分(赤の矢印)が欠陥。

【用語解説】

(1)D-Wave Systems社:量子アニーリング方式による量子コンピュータを開発、市販しているカナダの企業。

(2)量子アニーリング:組み合わせ最適化問題を解くための量子力学に基づいた汎用性を持つアルゴリズム。

(3)量子シミュレーション:スーパーコンピュータを含む従来型のコンピュータでは計算困難な量子力学の問題を現実の実験系で人工的にシミュレートする方法。

(4)量子ビット:2つの状態の量子力学的な重ね合わせ状態を実現することができる基本素子。

詳細(プレスリリース本文)PDF

問い合わせ先

東北大学大学院理学研究科 物理学専攻
柴田尚和 准教授
Email: shibata*cmpt.phys.tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)
TEL: 022-795-6440

東北大学大学院情報科学研究科 応用情報科学専攻
大関真之 准教授
Email: mohzeki*tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)
TEL: 022-795-5899

(取材申し込み先)
東北大学大学院理学研究科
広報・アウトリーチ支援室
Email: sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)
TEL: 022-795-6708 FAX: 022-795-5831

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