量子プロセッサは 15 = 3x5 を計算します (精度はほぼ 50%!)

初めて、機能的な固体量子コンピュータが、素数をその構成要素に因数分解するという、かなり単純な数学の問題を解いた。解自体はそれほど大きな成果ではないが（15という数字だった）、これは量子コンピュータにとって大きな飛躍である。なぜなら、これははるかに大きな数を因数分解するための一歩だからだ。非常に大きな数を非常に速く因数分解することは、サイバーセキュリティにとって極めて重要である。

カリフォルニア大学サンタバーバラ校の博士課程卒業生、エリック・ルセロ氏が率いる研究者らは、15という数字をマッピングする量子プロセッサを作成した。研究チームは、量子システムの論理ゲートである4つの超伝導量子ビットでできた量子回路をサファイア基板上に構築した。この回路には5つのマイクロ波共振器も含まれていた。9つの個別の量子ピースを編成するには、非常に精密で自動化された構築方法が必要だったため、この製造自体は画期的なものだ。量子ビットはエンタングルメントされ、量子実験を使用して検証された。次に研究チームはこの回路を使用し、ピーター・ショアの因数分解アルゴリズムを使用して15を因数分解した。このコードによれば、任意の整数Nに対して、コンピューターはその素因数を見つけなければならない。しかし、コンピューターはこれを量子的に高速に実行し、既知の最速の古典的な因数分解アルゴリズムよりも指数関数的に高速に解を見つける。

なぜこれが重要なのでしょうか。量子コンピューターは、従来のシステムで可能なものよりはるかに複雑な暗号化を可能にすることで、サイバーセキュリティを大幅に向上させることができます。最も一般的なエンコード形式は RSA 暗号化と呼ばれ、大きな素数を因数分解することが非常に難しいという事実に基づいています。2 つの大きな素数の積が暗号化の鍵となり、素因数自体は秘密です。コードを解くには、従来のコンピューター システムで一連の数字を処理する必要があります。素数が非常に大きくなると、特にこれには長い時間がかかります。

最も高速な従来の因数分解アルゴリズムでは、600 桁の史上最大の RSA 暗号化番号を因数分解するには、宇宙の年齢よりも長い時間がかかります。このシステムでは、理論的には 1 時間で実行できます。

ルセロ氏と同僚は実験を 15 万回実行し、プロセッサは 48 パーセントの確率で正しい答えを出した。ショア氏のアルゴリズムでは、量子システムはちょうど半分の確率で正しい答えを出すとされているので、これは実はかなり良い結果だ。次のステップは、量子コヒーレンスを改善し、より複雑な回路を構築して、コンピューターがはるかに大きな因数分解問題を解けるようにすることだ。

この論文は今週のNature Physics誌に掲載されている。

カリフォルニア大学サンタバーバラ校