量子誤り訂正 / Quantum Error Correction (2024年実証)（りょうしごていしょうりょう）

量子誤り訂正 / Quantum Error Correction (2024年実証)

概要

量子誤り訂正 (QEC) は量子コンピュータのノイズによるエラーを論理qubit (多数の物理qubit を冗長化) で訂正する技術で Peter Shor (1995年) ・Surface Code (1998年Kitaev) 提案・2024年12月Google Willow が「閾値定理 Threshold Theorem」を世界初実証し「Fault Tolerant Quantum Computing」時代の起点となった量子コンピュータ実用化の鍵技術。

主な特徴・仕組み

• 概念: 多数の物理 qubit (例: 49-1,000) を 1 論理 qubit に冗長化・エラー検出+訂正
• デコヒーレンス: 量子状態が環境の熱ノイズで壊れる現象・現代Transmon Qubit で T1 100-200 μs
• 歴史:
  • 1995年Peter Shor「9-qubit Shor Code」(初の量子誤り訂正符号)
  • 1998年Alexei Kitaev「Surface Code」(トポロジカル QEC・2次元格子上のqubit 配置)
  • 2014年John Martinis「Surface Code 実機実証」(Google AI Quantum)
  • 2024年12月Google Willow「閾値定理 Threshold Theorem」世界初実証
• 閾値定理: 物理 qubit エラー率 < 1% の閾値以下なら、qubit 増加でエラーが指数的減少
• Willow 実証: 3×3=9 物理qubit→5×5=25→7×7=49 で論理 qubit エラー率半減
• RSA-2048 解読に必要: 物理 20,000-1,000,000+ qubit (現代Willow 105・IBM Condor 1,121・2030-2040年代到達予測)

まとめ

• 1995年Peter Shor 9-qubit Shor Code
• 1998年Kitaev Surface Code
• 2024年12月Google Willow で閾値定理実証
• Fault Tolerant Quantum Computing 起点
• RSA-2048 解読に物理20,000+ qubit 必要