[論文レビュー] State of the art and prospects for quantum computing

Dyakonov, M. I.|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2012

Quantum Computing Algorithms and Architecture参考文献 50被引用数 11

ひとこと要約

この論文は2012年現在の量子コンピューティングの状態を厳密に検討し、スケーラブルな量子コンピュータの実現可能性が未検証の「しきい値定理」にかかっていると主張している。この定理は、実際には完全に満たせない理想化された仮定に依存しており、それらの仮定に必要な精度が確立されていない以上、大規模な量子コンピューティングの見通しは不確かのままである。一方で、分野の発展に影響を与える社会的要因についても言及している。

ABSTRACT

This is a brief review of the experimental and theoretical quantum computing. The hopes for eventually building a useful quantum computer rely entirely on the so-called "threshold theorem". In turn, this theorem is based on a number of assumptions, treated as axioms, i.e. as being satisfied exactly. Since in reality this is not possible, the prospects of scalable quantum computing will remain uncertain until the required precision, with which these assumptions should be approached, is established. Some related sociological aspects are also discussed. .

研究の動機と目的

• 2012年現在における量子コンピューティングの実験的・理論的状況を評価すること。
• スケーラブルな量子コンピューティングを可能にする根幹的役割を果たすしきい値定理の批判的評価。
• しきい値定理の背後にある主な仮定を特定し、それらの実用的妥当性を分析すること。
• これらの仮定が現実の実装で成立するための必要な精度要件を検討すること。
• 量子コンピューティング研究の進展に影響を与える社会的要因と制度的要因を議論すること。

提案手法

• 2012年までの量子コンピューティング分野における理論的・実験的進展を厳密にレビューする。
• しきい値定理を分析し、エラー率が一定のしきい値未満であればフォールトトレランス型量子計算が可能であると主張する。
• しきい値定理に埋め込まれた仮定を公理として扱い、理論的分析のために正確に仮定する。
• 理想化された理論的モデルと物理的実装との間のギャップ、特にエラー率とコherエンス時間の点で議論する。
• arXiv:1210.1782などの先行研究を参照し、現在の制限を文脈づけて解釈する。
• 量子コンピューティング分野における研究動向、資金配分、機関内ダイナミクスに関する社会的観察を統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 しきい値定理の仮定は、物理的量子系においてどれほど現実的に満たせるのか。
• RQ2 スケーラブルな量子コンピューティングを実現するためには、エラー率と制御のどの程度の精度が求められるのか。
• RQ3 現在の実験結果は、フォールトトレランス型量子計算の理論的要件とどの程度整合しているのか。
• RQ4 量子コンピューティング研究の進展に影響を与える社会的・制度的要因は何か。
• RQ5 理論的進展があるにもかかわらず、なぜスケーラブルな量子コンピューティングの見通しが不確かのままなのか。

主な発見

• スケーラブルな量子コンピューティングへの期待を支えるしきい値定理は、実際には完全に満たせない理想化された仮定に依存している。
• しきい値定理の仮定を満たすために必要な精度が確立されておらず、量子コンピュータのスケーラビリティは不確かのままである。
• 現在の実験的システムは、しきい値条件を満たすために必要なエラー率とコherエンス時間に不足している。
• 理論的モデルは完全な制御とエラー補正を仮定しているが、現実のノイズとデコherenceは依然として大きな障壁である。
• 資金配分の動向や機関内インcentivesといった社会的要因が、研究のあり方を歪め、現実的な進展を遅らせる可能性がある。
• 本論文は、重要な仮定に必要な精度が明確に理解されていない以上、大規模な量子コンピューティングへの道のりはまだ推測にとどまると結論づけている。