ノイズの多い中規模量子時代

量子コンピューティングの現状^[1]は、ノイズの多い中規模量子（NISQ）時代と呼ばれ、^{[2] [3]}最大1,000量子ビットを含む量子プロセッサによって特徴付けられますが、これらの量子プロセッサは、フォールトトレランスを実現するには進歩が不十分であり、量子優位性を実現するには規模が足りません。^{[4] [5]}これらのプロセッサは、環境（ノイズ）に敏感で、量子デコヒーレンスが発生しやすいため、連続的な量子エラー訂正はまだできません。この中規模は、中程度の量子ビット数とゲート忠実度に基づく量子ボリュームによって定義されます。NISQという用語は、2018年にジョン・プレスキルによって造られました。^{[6] [2]}

Microsoft Azure Quantumのスキームによれば、NISQ計算は量子コンピューティング実装レベルの中で最も低いレベル1とみなされます。 ^{[7] [8]}

2023年10月、アトムコンピューティング社の1,180量子ビット量子プロセッサが初めて1,000量子ビットの大台を突破した。^[9] しかし、2024年時点で1,000量子ビットを超える量子プロセッサは2つしかなく、1,000量子ビット未満の量子プロセッサが依然として標準となっている。^[10]

NISQアルゴリズムは、NISQ時代の量子プロセッサ向けに設計された量子アルゴリズムです。一般的な例としては、変分量子固有値ソルバー（VQE）と量子近似最適化アルゴリズム（QAOA）があり、これらはNISQデバイスを使用しますが、一部の計算を従来のプロセッサにオフロードします。^[2]これらのアルゴリズムは量子化学で成功を収めており、物理学、材料科学、データサイエンス、暗号、生物学、金融など、さまざまな分野での潜在的な応用があります。^[2]ただし、回路実行中のノイズのため、多くの場合、エラー軽減技術が必要になります。^{[11] [5] [12] [13]} これらの方法は、一連の回路を実行し、測定されたデータに後処理を適用することで、ノイズの影響を軽減する方法です。回路の実行中にエラーが継続的に検出および修正される量子エラー訂正とは対照的に、エラー軽減はノイズの多い回路の結果しか使用できません。

数万の量子ビットと十分なエラー訂正機能を備えたコンピュータが開発されれば、NISQ時代は終焉を迎えることになるだろう。^[4]これらのNISQを超えるデバイスは、例えば、非常に大きな数値に対してショアのアルゴリズムを実装したり、 RSA暗号を解読したりすることができるようになるだろう。^[14]

2024年4月、マイクロソフトの研究者は、わずか4つの論理量子ビットでエラー率を大幅に削減できることを発表し、大規模な量子コンピューティングの実現は数十年ではなく数年先になる可能性があることを示唆しました。^[15]

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