【電算】ダイヤモンドを用いて量子コンピュータの実現に不可欠な量子エラー訂正に成功…筑波大学など

ダイヤモンドを用いて量子コンピュータの実現に不可欠な量子エラー訂正に成功
〜量子情報デバイスの実用化・量子コンピューティングの実現に前進〜

平成２６年１月３０日

国立大学法人 筑波大学
独立行政法人 日本原子力研究開発機構
独立行政法人 科学技術振興機構

ポイント
○室温での固体量子ビットの量子エラー訂正に世界で初めて成功
○量子コンピュータに必須の「エラー訂正」をしながら計算というエラー耐性を多量子ビットへ拡張可能
○実用的な固体量子情報デバイス開発への道を開く

量子情報は、環境からのノイズによってたやすく壊されてしまうため、
量子エラー訂正なしには量子コンピューティングは実現しないと言われてきました。
国立大学法人 筑波大学（以下「筑波大学」という）　磯谷 順一　名誉教授
（筑波大学 知的コミュニティ基盤研究センター　前主幹研究員）、
独立行政法人 日本原子力研究開発機構（以下「ＪＡＥＡ」という）
量子ビーム応用研究部門 半導体耐放射線性研究グループ　大島 武　リーダーらは、ドイツとの共同研究により、
室温での固体量子ビットの量子エラー訂正に世界で初めて成功しました。
ダイヤモンド中のカラーセンター注１）の１つであるＮＶセンター注２）の単一欠陥（単一分子に相当）を用いて、
電子スピン注３）１個と核スピン３個からなるハイブリッド量子レジスタを作成しました。
これを用いて、室温動作の固体スピン量子ビットでは世界で初めて、量子エラー訂正のプロトコルの実証に成功したものです。
これは、量子情報デバイス、量子コンピューティングに必須の量子エラー訂正における大きなブレークスルーです。
この成果により、量子中継器など、実用的な固体量子情報デバイス開発、量子コンピュータの実現に向けて大きく前進しました。
本研究は科学技術振興機構（ＪＳＴ） 国際科学技術共同研究推進事業（戦略的国際共同研究プログラム）
日独共同研究（ナノエレクトロニクス）「ダイヤモンドの同位体エンジニアリングによる量子コンピューティング」
（日本側研究代表者：磯谷 順一　筑波大学　名誉教授、
ドイツ側研究代表者：ウルム大学　Ｆｅｄｏｒ　Ｊｅｌｅｚｋｏ　教授）の一環として行われました。
本研究成果は「ＮＡＴＵＲＥ誌」２０１４年１月２９付け掲載されます。

(詳細はリンク先をご覧ください)

JSTプレスリリース
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20140130/index.html
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20140130/icons/zu1.gif
図１　ダイヤモンド中のＮＶセンターの構造とエネルギー準位
ＮＶセンターは、炭素を置換した窒素と隣接する格子位置の原子空孔とのペアーで電荷−１、
電子スピンＳ＝１をもちます。
有機色素なみに光を強く吸収し、赤色の蛍光を強く発光しますので、
励起レーザー光（緑色）の焦点を小さなスポット（径〜３００ｎｍ）に絞り、
その位置からの蛍光のみを観測できる共焦点顕微鏡を用いると室温で単一欠陥を観測することができます。
蛍光強度がスピン副準位（Ｍｓ＝０，±１）に依存することを用いて、
単一欠陥の単一電子スピンについてＭｓ＝０であるかＭｓ＝±１であるかを読み出すことができます。
光をあてることにより、室温でＭｓ＝０の状態にすることができます（光による初期化）。
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20140130/icons/zu2.jpg
図２　ダイヤモンドの電子線照射・熱処理によるNVセンター作製
写真は住友電工が合成した天然存在比の結晶。
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20140130/icons/zu3.gif
図３　ダイヤモンド中のＮＶセンターを用いた量子情報保持時間の長い核スピンと
高速な量子操作・光による読み出しが可能な電子スピンを組み合わせたハイブリッド量子レジスタ
電子スピンの初期化やスピンの読み出しには光を用います
（蛍光の捕集効率を高めるためにソリッド・イマージョンレンズを用いました）。
核スピンの初期化には電子スピンとのＳＷＡＰゲートを用い、シングル・ショット読み出しで確認します。
スピンの量子操作には、周波数を選んだ（あるいは異なる周波数を組み合わせた）マイクロ波パルス、
ラジオ波パルスをダイヤモンド表面に作成したコプレナー導波路を用いて外から加えます。
ハイブリッド量子レジスタはサブナノスケールの大きさです。高磁場（〜６２０ｍＴ）を用いました。
Nature
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature12919.html

2get

ダイヤモンドだね〜
あーあーいくつものメモリー

なんかここ数日の科学ニュース板の記事は、civの科学技術レポートみたいな様相になってきた
万能細胞の初期化だの、量子コンピュータのエラー訂正だの。しかもつかうアイテムが酢とかダイアモンドとか

量子コンピュータを使えばビットコインの発掘は早くなるのかどうか？

何言ってるのかさっぱり分からんがダイヤモンドすげーってことか？

2位でいいなんて言ってた民主党政権だったらこういうものは全部
他所の国に取られていたね

テスト

　
田母神としお候補新宿街宣
http://com.nicovideo.jp/community/co596704
http://com.nicovideo.jp/community/co133907 (ﾐﾗｰ
http://com.nicovideo.jp/community/co1408213 (ﾐﾗｰ
http://com.nicovideo.jp/community/co2230943 (ﾐﾗｰ
http://com.nicovideo.jp/community/co1977469

デビアスのステマ

>>10
工業用には人工ダイヤモンドしか使わないんだから
デビアスは儲けれないだろｗ

>>11
ピュアオーディオ宗教みたいに、
一部で量子コンピューターはやっぱり天然のダイヤじゃないとね・・・みたいな流れに

常に１番を目指しているから
何とか上位に定着していられる。(笑)

エラー訂正が可能なのは数万回に１回程度ってことだろう、

どっかの衛星にダイヤモンドわんさかって話なかったっけ？
未来のコンピュータに不可欠な材料になるならそこから掘り出すとかにならないかな

さすが21世紀だな。漁師でもコンピューター使うんだな

これ、マジに凄いことなんだぜw

>>16
iPadなら漁師も使うけどな。。ww
http://www.fun.ac.jp/topics/12_0521_marinePLOTTER.html

>>5
他人のビットコインを簡単に盗みだせるようになる

>>16
魚群探査とかで色々使ってると思うが・・・

動かすソフト作れるのか？

ダイナモンドだったらそれぐらい可能そうだな　確かに

完全な対称性によって何かが補正されてるのではないか

ああ泣かないでメモリー

【物理】なんじゃねーの？

【漁師】

佐野量子

全くわからんがすげー

>>25
電算でも問題ないでしょ

また材料費が高くなるな

スピンとエラーの訂正がどうしても結びつかない

人工金剛石なら安くなりそう。

問題なのはこのダイヤモンドをどうやって量産するか、だ
写真のはきっと１ｍｍ四方なんだろ
Siからカーボンに土台が移っただけなんだけど
面倒さは１０００００倍

>>5
既存の暗号通信が安全ではなくなるから暴落だな

>>34
これで１０００年後が１００年後に実現する話になるってことか？

なんかよくわからんけど、南極にダイヤモンド掘りに行った方がいい？

光コンピュータや量子コンピュータのような、電子を主体としない計算機が主流の未来になっても【電算】ということばは残っていくんだろうなあ

使われている基本相互作用は相変わらずQEDを含めた電磁気力だから、それで合ってる
重力で計算する機械でも発明されない限り将来にわたってそれで間に合う

>>37
量子コンピュータが完全演算できないかぎり音波コンピュータとなんの
違いも無い。
波が無数に重ね合わせできるという点で一致している。

>>19
量子コンピュータで発掘する奴も出てくるわけで・・・

量子コンピュータが開発されたらまずはカード類の解約がしないとな

で、炭素を強引に押し潰して作った人工ダイヤモンドでもできるの？

量子コンピュータはもうD-Waveが作ってるけど・・・

>>34
RSA暗号とビットコインの安全性は直結していない

>>39
アナログ計算器は計算精度が完璧なら量子コンピュータより早いのは確かだけど
量子的な重ね合わせ状態と古典混合状態は本質的に異なるのでは？

>>42
できるけど天然ダイヤの価値が落ちるから作っちゃいけないことになってる

>>43
量子力学使ってるからジャンルとしては一緒だけど
計算のアプローチが全然異なるからこっちのほうが難しいんやで
難しいから有用かどうかは議論の余地があるけど

>>44
>できるけど天然ダイヤの価値が落ちるから作っちゃいけないことになってる
んなことは無いｗ
工業用なら大量に人工ダイヤモンドは作られてるよ

なるほどわからん

古典的アナログと同じとずーっと言ってる例の人じゃないか？
量子論を理解する気がゼロなのでは

石炭でもOKなの？

アブスト読むと、品質99%の量子ビットの品質が85%に低下したってことしか書いてねー

駄目だろ、これ

>>44
>アナログ計算器は計算精度が完璧なら量子コンピュータより早いのは確かだけど

量子コンピュータって純然たるアナログ計算機なのに、何をわけわからんことを

>>16
漁師はGPSやらレーダーやらコンピューターやら、ハイテク使いこなしてるイメージだが

量子エラー訂正に成功画像
http://idol999.web.fc2.com/sa/RYOKO_SANO/SANO_RYOKO21.jpg

>>45
宝飾価値のあるダイヤの工業生産は自粛してる側面が強いと言いたかった・・

>>49
アナログ計算器のどこに量子効果が使われているのか教えてくださーい

>>52
うわ、馬鹿だ

強いて言えばトランジスタは量子効果で動いてるけど、そういう話ではない

>>53
計算量クラスも知らない文系の人かな？

プリズム

無限に重ね合わせできるはずの量子演算は、重ね合わせする限界があることが
超弦理論で数学的モデルとして理論化されようとしている。

もしされちゃったら量子コンピュータが無限の重ね合わせの上限が分からなかった
だけでその領域に達していないだけの問題になる。

量子もつれの突然死はその辺の仕組みによって発生しているんだろ。

必要となる重ね合わせの数は現在は大きくなく
実用レベルでも有限の大きな数

いくら前進しても、まだまだ遠い・・

量子コンピュータの時代になってもＯＳはWindowsが主流なのかな？

>>35
50年後が10年後になるレベルだよ

>>22
吉田竜夫の先見性はすごいな

>>52
アナログ計算機が量子効果を使ってるんじゃなくって、量子コンピュータの計算方式がアナログってことなんじゃ…

量子コンピューターと核融合の話は時々話題になるけど
一体いつになったら完成するんだよ

>>62
量子コンピュータの演算素子がどういうものかも知らない文系の人なんだろ

>>56
というか、重ね合わせるｑｕｂｉｔ数に応じて指数的な精度がいるので、限界になってる

>>63
量子コンピューターは一応、既に一部実現されてるし
核融合ももう実験炉の計画が進んでるじゃん

着実に進んでると思うぞ
50年後くらいには商用化してるだろ

技術としてスジが悪いよ
量子コンピューターも核融合も

デジタル計算機は物性的に非線形を作ってる印象

>>64
精度ではない、正しく動く確率が指数的に下がるだけ。
量子もつれの突然死の頻度が恐ろしく多いのを無くすのは無理がある。
組み合わせを複雑化すれば機能しなくなるだけ、それを冷やして誤魔化すのは
原理的に複雑度の限界があるという情況の実証になる。

>>65
おまえ真性のバカ？因数分解を無限に繰り返していろ。
進歩しない理由がアルゴリズムの問題なのぐらい空気嫁よ。

そういえばオペアンプとアナログ乗算器でπを計算してた人がいたなぁ
そこそこの精度の部品で0.1〜0.2%ぐらいの誤差で計算してた

>>69
出力は3.141592Vとか？
アナログテスターじゃ測れないな

初期の巡航ミサイルは、全アナログのOPアンプ回路とテープレコーダーで地形照合誘導をやっていたが
それでけっこう命中した。原始的なマシンしかなくても工夫次第でいろんなことができるものだよ

知ったかぶり同士が罵り合いすぎ！

>>68
量子もつれの突然死の頻度って何で変化するんですか？

>>64
重ね合わせ状態とエンタングルメントを混同しちゃってる・・ほんとに何も知らんのやね

>>74
量子コンピュータの状態はもつれてるとは限らないことも知らない文系の人か

n個のqubitからなる量子コンピュータの状態は2^n個の純粋状態の重ね合わせだが、その
状態はもつれているかもしれないしもつれていないかもしれない

>>68
ってことで、2^n個の純粋状態のそれぞれの係数の精度を保つには、指数的な精度が必要

たとえ量子誤り訂正が可能であったとしても無理ってこった

>量子もつれの突然死の頻度が恐ろしく多いのを無くすのは無理がある。
>組み合わせを複雑化すれば機能しなくなるだけ、それを冷やして誤魔化すのは
>原理的に複雑度の限界があるという情況の実証になる。

それ言うには、突然死の頻度をちゃんと定量的に評価しないといけなくて、可能だとしても複
雑な話になるんで、量子コンピュータを飯の種にしてる連中は言い訳し放題

花王　カネボウ　資生堂　ワコール　天満屋　から　自分のいいところ、情熱と夢を持っていかれた。

>2^n個の純粋状態のそれぞれの係数の精度を保つには、指数的な精度が必要

その精度は必ずしもあらゆる場面で必須ではない。

計算過程のひとつにおいて、「正解」への効果と
「不正解の中でもっとも正解と紛らわしい候補」への効果は
大小関係が逆転させられていなければ、多少精度が悪くてもかまわない。
新たに掛けられる係数が正しくは(134/128) と(122/128)のところ
誤差によって(129/128)と(127/128)みたいになっても正解は得られる。

量子コンピュータの計算は、大きい方の重みはより大きく
小さい方の重みはより小さくさせていくような過程をたどる。

>>77
>大小関係が逆転させられていなければ、多少精度が悪くてもかまわない。

って、、、、、

そんなご都合主義が通用する演算回路があるっていうなら、具体的に構成してみろ

1/2^n程度の雑音が乗るだけでアウトだから、雑音は0と置くところから始めようか

量子コンピーターのニュース見る度にこのての知識や理解度が全く上がらないのは何故？

>>75
めちゃくちゃ詳しそうですね！
量子誤り訂正ってどういうやり方があるんですか？

>>78
通常のコンピュータでも、Randomized algorithm に分類される解法の
中には、計算過程の誤りが少量混入しても
その場所や比率が条件を満たしていれば
高い確率で正解が得られるようなものもある。
いわんや量子コンピュータにおいてをや

>77　の一部修正

そのように高い精度は必ずしもあらゆる場面で必須ではない。

量子コンピュータの計算は、大きい方の重みはより大きく
小さい方の重みはより小さくさせる過程を何度も経る。

逆の重み付けが混入してもその回数比率が低ければ
不正解を正解以上に”育てて”しまう大局的な誤答には至らない

>>81
>通常のコンピュータでも、Randomized algorithm に分類される解法の
>中には、計算過程の誤りが少量混入しても
>その場所や比率が条件を満たしていれば
>高い確率で正解が得られるようなものもある。

だから、

>>78
>そんなご都合主義が通用する演算回路があるっていうなら、具体的に構成してみろ
>1/2^n程度の雑音が乗るだけでアウトだから、雑音は0と置くところから始めようか

と、その条件をはっきりさせろよ、なんなら因数分解限定でもいいぞwwwwwww

通常のコンピュータで可能性があればいいってのが量子コンピュータを正当化する理由
になるなら、因数分解も通常のコンピュータでP時間で解ける可能性は否定されてないか
ら、量子コンピュータの必要性は否定されるなwwwwwwwwwww

>>82
>量子コンピュータの計算は、大きい方の重みはより大きく
>小さい方の重みはより小さくさせる過程を何度も経る。
>逆の重み付けが混入してもその回数比率が低ければ
>不正解を正解以上に”育てて”しまう大局的な誤答には至らない

逆の重み付けが正解より大きいほうとして一度でも混入したら、大きい方の重みはより大きく
小さい方の重みはより小さくさせるから、結果は不正解を正解以上に”育てて”しまう大局的
な誤答にしか至らないっての

というか、お前馬鹿だろ

＞ ID:7Jc78Onp
これなに？ｗｗｗ

>>83
量子誤り訂正ってどんなやり方があるのか教えてください・・

D-WAVEは量子計算できてるみたいだけど1/2^n程度の雑音は乗ってないの？

>83
>82　の文章はおかしい。
誤
量子コンピュータの計算は、大きい方の重みはより大きく
小さい方の重みはより小さくさせる過程を何度も経る。
正
量子コンピュータの計算は、正解の重みはより大きく
不正解の重みはより小さくさせる過程を何度も経る。

途中の段階で正解の重みが最大になってから最終段階までの
過程を強くイメージしてしまい誤った文章になった

この分野は専門家でもようわからんから胡散臭い奴がぎょうさんおる

>83
デジタルの範囲内で考えても、
汎用のプロセッサがあれば、専用のハードワイヤードロジックで
可能なことはほとんどが可能だろう。だがレイテンシやスループットは
同じではなく、専用ロジックなど不要という状態にはなっていない

文系の知ったか先生いなくなっちゃった・・
読みかじった知識でご高説垂れるのが面白かったのに

金持ち専用コンピュータとかできたり

>>78
>>大小関係が逆転させられていなければ、多少精度が悪くてもかまわない。
>って、、、、、
>そんなご都合主義が通用する演算回路があるっていうなら、具体的に構成してみろ

と言われても何の応答もない、結局降参か

>>89
つまり、

>>81
>通常のコンピュータでも、Randomized algorithm に分類される解法の
>中には、計算過程の誤りが少量混入しても
>その場所や比率が条件を満たしていれば
>高い確率で正解が得られるようなものもある。

って、計算効率を無視した話が否定されたってことだよな

そもそも>>78の量子コンピュータの不可能性の話の部分とは何の関係もないけどな

>>90
どこいっちゃったんだろうね

ダイモンインザースカーイ

>>92
知ったか先生ってお前のことじゃねーの？ｗ
エラー訂正とかD-WAVEとか質問きてるぞ？

>>94
お、出てきたか

>エラー訂正とかD-WAVEとか質問きてるぞ？

>>75
>たとえ量子誤り訂正が可能であったとしても無理ってこった

って話でエラー訂正を言い出すのもどうかと思うが、D-WAVEwwwwww

いやー、ここまでの知ったかは、めったに見られるもんじゃないな

ぜひとも説明してくれ！

うんうん、お前がな

私は詳しくないのでぜひともお願いします！

>78　>92
>77のような高い精度は必ずしもあらゆる場面で必須ではない。

量子コンピュータの計算は、正解の重みはより大きく
不正解の重みはより小さくさせる過程を何度も経る。

逆の重み付けが混入してもその回数比率が低ければ
不正解を正解以上に”育てて”しまう大局的な誤答には至らない。

>>99
>>77のような高い精度は必ずしもあらゆる場面で必須ではない。

そうだよ、全くもつれてなければ、精度なんかいらん

ただの古典コンピュータだけどなwwwwwwww

>逆の重み付けが混入してもその回数比率が低ければ
>不正解を正解以上に”育てて”しまう大局的な誤答には至らない。

回数比率もなにも誤りは常に混入し、その偏りが1/2^nより小さくないと、アウト

答えを前置きして誤動作する箇所を局所的にできないのかね？
少数演算などできるか疑問。

>>101
その貴方が誤動作と認識している部分は法則か非法則かすら解明されていない。
それが判明できるぐらいになれば、未来は見えてくるんだろうけど

完全放置で予算ばかり求める行動や嘘の誘導ばかり。

>>102
まあ自分も夢物語と思ってるので、もつれのところで誤動作と認識していいのかな？
まあそれぐらいが妥当だと思う。

>100
どの過程にも誤差があるとしても、そのことは全ての過程で
正解の選好、強化が失敗することを意味したりはしない

量子コンピューターは果たして俺が生きてるうちに完成するんだろうか

>>103
結果がすべてを語る。量子コンピュータを叩いているのは
２ちゃんねらーではなく、世界の各地の数学者である。
多数の量子コンピュータ叩きの論文がでているほど。

信者はどこかの広告と記事ばかりよみ、その歴史をしらない。
何故量子コンピュータが困難だったか、現状の量子コンピュータが
針の上に地球を乗せているほど微妙な立場だってことも。

>>104
それ、言い訳になってない

で、量子コンピューターっていつ出来るん？
あと５０年以内に出来る気がしないんだけど。

量子コンピュータは一桁の足し算するなら１機必要
繰り上がりのある足し算ならもう１機必要

人間機械論の逆、機械人間論で高価なものか

人がサイコロを転がし六元論となるか

量子コンは因数分解がよくできる！
極めて優秀！

偉そうに語れるほど優秀なのだったら納屋で自作すればいいのに
一生遊んで暮らせるだろ。

と思った。俺の思考回路は異常か？

いや、全くその通りだ

>>113
納屋があるのか、すでに金持ちだな。

　　マイトレーヤは、衛星中継によるテレビ網をとおして全世界に直接語りかけるでしょう。
　　テレパシーで私たちがパニックにならないようテレビに出演されるのです。
Ｑ　それは私の生きている間に起こるでしょうか。私は51歳です。Ａ　はい。
Ｑ　ＵＦＯの着陸は世界中で起こるのですか。Ａ　はい。
Ｑ　世界平和の脅威である国はどれですか。Ａ　イスラエル、イラン、アメリカです。
Ｑ　イスラエルの役割は何ですか。
Ａ　跪いて、パレスチナでの行為に対する許しを請うことです。
　　日本はアメリカの国債の25％を所有していますが、それを引き出すと世界経済全体が破綻します。
　　株式市場崩壊後に出現する新しい政権は日本国民の側に立つものであろう。
Ｑ　福島の放射能汚染はどの程度の健康上のリスクを生じさせていますか。
Ａ　明らかに福島に近づくほど、リスクは高まります。
Ｑ　福島県民は永久に避難すべきでしょうか。
Ａ　発電所が閉鎖されれば1年か２年で戻って来られるでしょう。
Ｑ　日本の近海から採れた食料を食べることは安全ですか。
Ａ　それほど安全ではありません。

乳製品は乳清（ホエー）に91%、チーズに7%、バターに1% 移行。ホエーはヨーグルトの上積み。
ホエーパウダーはサプリメント、子供のお菓子や菓子ﾊﾟﾝに使われている。
『食べ物と放射能のはなし』安田節子さん講演

量子コンピュータの授業で量子コンピュータの歴史を学んだ。
このスレで量子コンピュータマンセーしているのはまず授業を聞いてくるべき。
おまえらのは無学の妄想である。

まるで韓国が起源だといっているような量子コンピュータ
名前だけでもう１０年前のそれから性能向上できていないのは何でだ？
偽1024qubitができたみたいなモドキはいらないよ。
もどきじゃ実用じゃないんだから。

量子コンピュータは動作のデバッグができない。途中で状態を観測したら、
それ以降の量子計算は結果が変わってしまうので不可能だからだ。
よって、一発で完動する回路なりを作らなければならないのだ。
テストピンを立ててプローブをあてることはできない。

>東大、巨大ホール効果を示す磁性体において量子臨界性を発見
>http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20140324-00000096-mycomj-sci

量子状態は磁場も影響している、外界から磁場も完全に隔離しないと。。。。
量子コンピュータ開発の壁は沢山あるな。
熱も電磁波も然り。

グラフェンやカーボンナノチューブでは量子計算機を作れないのかね。

8bitの暗号解読まだ？

寧ろ逆に天国だろ
他に別に極楽だろ
当然正反対に理想郷だろ

○温室での個体量子ビットの量子エラー訂正に←ここからすでにわからん

量子コンピューター
核融合
猪木の永久エネルギー

いつまでたっても完成しない三大発明品

>>122
無理なのに何故言う？