4月 15, 2024

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非反復タイルパターンは量子情報を保護できる

非反復タイルパターンは量子情報を保護できる

この極端な脆弱性により、量子コンピューティングは絶望的に見えるかもしれません。 しかし1995年、応用数学者のピーター・ショールは、 発見する 量子情報を保存する賢い方法。 彼のコーディングには 2 つの大きな特徴がありました。 まず、個々の量子ビットにのみ影響するエラーを許容できます。 第 2 に、エラーが発生したときにそれを修正する手順が組み込まれており、エラーが蓄積して計算プロセスが狂うことを防ぎます。 ショールの発見は量子誤り訂正符号の最初の例であり、その重要な特性はそのような符号すべての特徴です。

最初の特性は、機密情報は分割すると脆弱性が低くなるという単純な原則から生じます。 スパイ ネットワークも同様の戦略を使用します。 各スパイはネットワーク全体についてほとんど何も知らないため、たとえ個人が捕まったとしても組織は安全に保たれます。 しかし、量子誤り訂正符号は、このロジックを極限まで突き詰めたものです。 量子スパイネットワークでは、スパイはまったく何も知りませんが、彼らは一緒に多くのことを知っています。

各量子誤り訂正符号は、集合的な重ね合わせで多くの量子ビットに量子情報を分散するための特定のレシピです。 この手順は、物理量子ビットの配列を単一の仮想量子ビットに効果的に変換します。 大規模な量子ビットのセットでこのプロセスを数回繰り返すと、計算の実行に使用できる多くの仮想量子ビットが得られます。

各仮想量子ビットを構成する物理量子ビットは、疑うことを知らない量子スパイのようなものです。 それらのいずれかを測定しても、それが属する仮想量子ビットの状態、つまり局所的区別不能性と呼ばれる特性については何もわかりません。 各物理量子ビットは情報をエンコードしないため、個々の量子ビットのエラーによって計算が中断されることはありません。 重要な情報は何らかの形でどこにでもありますが、特定の場所にはありません。

「それを個々の量子ビットにバインドすることはできません」とキュービット氏は言う。

すべての量子誤り訂正符号は、符号化された情報に影響を与えることなく少なくとも 1 つの誤りに対応できますが、誤りが蓄積すると最終的にはすべて放棄されてしまいます。 そしてここから、量子誤り訂正符号の 2 番目の機能、つまり実際の誤り訂正が始まります。 これは局所的識別不能性と密接に関係しています。個々の量子ビットのエラーは情報を破壊しないため、常に可能性があります。 エラーを元に戻す コードごとに確立された手順を使用します。

乗車に連れて行かれた

志李カナダのウォータールーにある理論物理学周辺研究所の博士研究員である彼は、量子誤り訂正理論に精通していました。 しかし、彼が同僚と会話を始めたとき、その話題は彼の頭から遠ざかっていた レイサム・ボイル。 それは2022年の秋、2人の物理学者はウォータールーからトロントへ向かう夕方のシャトルに乗っていた。 ボイル氏は非循環タイル張りの専門家で、当時トロントに住んでおり、現在はエディンバラ大学で働いているが、頻繁に渋滞に巻き込まれるシャトルではおなじみの顔だった。

「通常、彼らはかなり惨めになる可能性があります」とボイル氏は言う。 「これは史上最高のようでした。」

その運命の夜の前に、リーとボイルはお互いの研究内容を知っていましたが、彼らの研究分野は直接重複しておらず、一対一で会話したことはありませんでした。 しかし、無関係な分野の無数の研究者と同様に、リーは非周期タイルに興味を持っていました。 「興味を持たないのはとても難しいことです」と彼は言った。

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