量子コンピューターの性能を実証―新たな検証モデルを提案(Putting Quantum Computing to the Test)

2026-01-12 ピッツバーグ大学

ピッツバーグ大学の研究者らが、量子コンピュータの実用性を検証するために、理論だけでなく現実的な条件下で量子計算を評価する新たな試みを行った研究を紹介している。量子コンピュータは従来計算機を大きく上回る性能が期待されている一方、ノイズや誤りに非常に弱く、その真の能力を客観的に測る指標が課題となってきた。研究チームは、実際の量子ハードウェア上でアルゴリズムを動かし、誤り耐性や計算結果の信頼性を詳細に分析した。その結果、理想的条件では優位性が示される場合でも、現行の量子デバイスではノイズの影響が大きく、用途は限定的であることが明らかになった。一方で、どの条件下で量子計算が有効になるかも具体的に示され、今後の量子アルゴリズム設計やハードウェア改良に重要な指針を与えている。本研究は、量子コンピューティングを「期待」から「検証」へと進める重要な一歩である。

<関連情報>

移流拡散方程式の量子力学シミュレーション Quantum dynamics simulation of the advection-diffusion equation

Hirad Alipanah, Feng Zhang, Yong-Xin Yao, Richard Thompson, Nam Nguyen, Junyu Liu, Peyman Givi, Brian J. McDermott, and Juan José Mendoza-Arenas
Physical Review Research  Published: 19 December, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/ndc3-bdwt

量子コンピューターの性能を実証―新たな検証モデルを提案(Putting Quantum Computing to the Test)

Abstract

The advection-diffusion equation is simulated via several quantum algorithms. Three formulations are considered: (1) Trotterization, (2) variational quantum time evolution (VarQTE), and (3) adaptive variational quantum dynamics simulation (AVQDS). These schemes were originally developed for the Hamiltonian simulation of many-body quantum systems. The finite-difference discretized operator of the transport equation is formulated as a Hamiltonian and solved without the need for ancillary qubits. Computations are conducted on a quantum simulator (IBM Qiskit Aer) and a superconducting quantum hardware (IBM Fez). The former emulates the latter without the noise. The actual hardware implementation experiences significant noise. The results of the quantum simulator are compared with data from direct numerical simulation (DNS) with infidelities of the order 10−5. In the quantum simulator, Trotterization is observed to have the lowest infidelity and is suitable for fault-tolerant computation. The AVQDS algorithm requires the lowest gate count and circuit depth. The VarQTE algorithm is the next best in terms of gate counts, but the number of its optimization variables is directly proportional to the number of qubits. Due to current hardware limitations, Trotterization cannot be implemented, as it has an overwhelmingly large number of operations. Meanwhile, AVQDS and VarQTE can be executed at the hardware level. These algorithms present a new paradigm for computational transport phenomena on quantum computers.

1601コンピュータ工学
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