量子コンピュータの計算は、わずかな乱れで壊れやすい。誤りを直しながら計算する「誤り訂正」が実用化の前提とされてきた。Google Quantum AIのチップ「Willow」に関する論文が2024年12月にNatureへ掲載され、この分野の長年の節目が報告された。

何を示したか

論文では、105個の超伝導量子ビットを持つWillow上で、表面符号と呼ばれる誤り訂正の仕組みを、符号距離3、5、7の3つの規模で動かした結果が示された。規模を大きくするほど論理量子ビットの誤り率が下がり、距離を一段大きくするごとに誤りが約2.14倍抑制されたと報告されている。距離7では1サイクルあたりの誤り率が約0.143％となり、保護された量子ビットの寿命が最良の物理量子ビットの約2.4倍になったとされる。

なぜ「しきい値」が大事か

誤り訂正には、物理的な誤り率がある水準（しきい値）より低い場合にだけ、規模を大きくするほど誤りが減るという性質がある。逆に水準より悪ければ、大きくするほど悪化する。今回の結果は、その水準を下回る領域で実際に動作を示した点に意味があると位置づけられている。

注意点

実証されたのは、1個の論理量子ビットの状態を保持する「メモリ」の実験であり、論理ゲートを使った計算そのものではない。実用的な計算に必要な誤り率まではなお距離があり、稀に起きる相関した誤りへの対処も課題として論文で触れられている。なお、数値や計画は発表時点のものであり、変更される可能性があります。最新の内容は出典の一次情報をご確認ください。

読み解くポイント

Willowの結果は、量子誤り訂正が「理論上は可能」という段階から、「規模を広げると実際に良くなることを測れた」段階へ進んだことを示す。ここでいう論理量子ビットは、多数の物理量子ビットを束ねて作る、誤りに強い情報の単位である。ただし、誤り率の絶対値としては、実用的な大規模計算に必要とされる水準にはまだ何桁もの隔たりがあるとされる。また、状態を保持する実験と、計算を行う実験のあいだにも大きな段差がある。今後の焦点は、より大きな符号での再現、論理ゲートの実装、そして稀に発生する相関誤りへの対処であり、節目ごとに公表される数値を追う読み方が適している。数値は2024年の論文発表時点のものである。

Willowの次に見るべき節目は、距離7より大きな符号でも誤りが下がる再現が示されるか、そして状態を保持するメモリ実験から、論理ゲートを使った計算の実験へ進めるかどうかです。稀に起きる相関した誤りへの対処も論文で課題とされており、実用的な計算に必要な誤り率までなお隔たりがある段階です。これらの数値が節目ごとにどう更新されるかが、評価を変える材料になります。

出典：Google Quantum AI, Quantum error correction below the surface code threshold, Nature（2024年12月） https://doi.org/10.1038/s41586-024-08449-y

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