日本信息通信研究机构（NICT）于9月1日宣布，与庆应义塾大学、东京理科大学、东京大学合作，首次成功开发出了一种为量子计算机系统性确定最优量子运算序列的方法。该方法作为对于具有几十个量子比特的中型量子计算机有效的工具，有望在不久的将来为提高量子计算机的性能和减少环境负载做出贡献。相关研究成果已于8月23日刊登在美国科学杂志《Physical Review A》上。
图1 量子计算机性能的改善（概念图）
量子计算机的相干性随着时间的推移而降低。如果相干性变得太低，量子计算机的信息将失去意义。通过对量子计算机的运行进行最优化处理，可使得量子计算机在量子相干性低于可用性阈值之前处理更多的信息。（供图：国立研究开发法人信息通信研究机构（NICT）、庆应义塾大学、东京理科大学、东京大学大学院理学系研究科）
量子计算机存在一个重大问题，就是量子态对噪声极其敏感，很难长时间保持稳定（也即难以长时间保持相干量子态）。对此，为了发挥出量子计算机的最大性能，必须在量子计算机能够维持相干量子态的时间内进行运算。
然而，相当于运算命令文件的量子运算序列，却是由操作人员按照现有的方法（配方），以各自认为是最优化的方式编写出来的，所以需要一种能够系统性确定最优量子序列的方法。
计算机存储和处理信息时，所有信息都被转换成为0或1的比特字符串。将人类能够理解的语言编写的计算机程序转换成量子计算机可进行信息处理的信息，就是量子运算序列。量子运算序列由1量子比特运算和2量子比特运算组成，能够用最少的操作实现最大性能的序列就是最优序列。
此次开发的新方法使用了名为GRAPE的算法，对基本量子运算的所有可能的序列进行分析。具体来说，这种方法制作了一张包含每个量子运算序列和性能指标（保真度）的表，根据量子比特的数量和调查对象的操作数量，从数千乃至数百万的范围中，按照积累的数据系统性地确定出最优量子运算序列的方法。
而且，此次除了识别出最优量子运算序列之外，还使用了新开发的方法，获得了其他几个结果。其中一个结果是，在比较短的量子运算序列中，存在多样方法使其在同等效率下执行量子任务。而对于“找到一个方法来执行目标任务”的以往方法来说，是不可能得到这一结果的。
获得的另外一个结果是，对于以往方法而言过短，被判断为无法完成目标人物的短量子运算序列，也有高效执行完成的时候。从实际应用的观点来看，考虑到器件等其他的噪声与缺陷，有时反而需要使用这种短量子运算序列。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Physical Review A
论文：Numerical analysis of quantum circuits for state preparation and unitary operator synthesis
DOI：10.1103/PhysRevA.106.022426
