Research on improving quantum operation accuracy in intermediate-scale quantum computers

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14198
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: Miki Takuji 神戸大学, 科学技術イノベーション研究科, 准教授 (60754629)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 量子コンピュータ / NISQ / センサー / ノイズ

Outline of Final Research Achievements

This research developed a method to sense noise near qubits and correct quantum operation errors based on the characteristics of noise, and constructed a simulation environment for this method to improve the accuracy of quantum calculation in intermediate-scale quantum computers. We prototyped the fundamental circuit of a noise sensor that acquires thermal and electrical noise generated from the qubit control circuits, and confirmed that it can achieve basic operation at cryogenic temperature. We also developed a model simulator that reproduces the operation of the qubits in the case with noise. As the results, we have established the fundamental technologies for building a simulation environment that feeds back qubit operation errors from the noise information obtained by the noise sensor.

Free Research Field

電子回路工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本事業により得られた成果を活用することで、量子誤り訂正を行わない中規模の量子ビット数から構成される量子コンピュータの演算精度向上が期待できる。極低温で動作可能なセンサー要素回路の開発は、量子ビット近傍ノイズを取得できる可能性を示した。また、量子ビットの動作モデルシミュレータは、ノイズセンサーで得られたノイズ情報から量子演算誤差を推定し、フィードバック誤差補正を実現するために不可欠な要素技術である。中規模量子コンピュータの演算精度の改善は、量子化学計算や量子機械学習といった特定の量子アルゴリズムを高い精度で実行することができるため、新材料の探索や創薬といった応用への展開が期待される。